[發明專利]一種玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子標記和應用

在審

• 申請號: 201910679604.6
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110387375A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 孫偉;蔣鋒;梁思維;姜昊梁;劉鵬飛;張姿麗;陳青春;李小琴;萬小榮
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12Q1/6895;C12N15/11
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于玉米分子育種和生物技術領域，公開了一種玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子標記和應用。所述玉米雄性不育基因ms54的序列為：包含玉米雄性不育基因ms54的功能性分子標記。玉米雄性不育基因ms54在控制玉米小孢子發育及花粉育性中的應用。本發明的Ms54是一個與之前報道的雄性不育基因都不屬于同一類，是一個全新功能的蛋白。Ms54突變后不僅影響花粉母細胞的減數分裂過程，也在花粉成熟過程中有重要的調控作用。因此，對已有雄性不育突變體ms54的克隆及功能解析，可以拓展人們對雄性不育產生原因的認識，也有助于進一步解析玉米雄性不育的調控機制。

技術領域

本發明屬于玉米分子育種和生物技術領域，尤其涉及一種玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子標記和應用。

背景技術

目前，最接近的現有技術：玉米(Zea Mays L.)是當今世界最重要的糧食、飼料、能源和工業原料作物，在保障世界糧食安全、經濟發展及緩解能源危機方面作用巨大。作為中國第一大糧食作物，玉米的生產和產量安全已經成為我國關系國計民生的重大問題。玉米是雌雄異花的常異花作物，雜種優勢的利用是提高玉米產量行之有效的手段之一。雄性不育是一種在被子植物中廣泛存在的現象，也是研究作物雜種優勢利用的重要農藝性狀。在玉米中已經有超過200個的細胞核雄性不育突變體的報道，但是僅有十多個基因被克隆，而且大部分基因的作用機理研究目前也不是清楚。

(1)玉米細胞核不育研究進展。

雄性不育是指植物在有性生殖過程中不能產生正常的花藥、花粉或是雄配子而雌蕊功能正常的遺傳現象。在玉米相關研究中發現，育性受到很多因素的影響，包括自然環境條件、輻射、化學藥劑處理、營養元素缺陷以及遺傳突變等。但是，只有遺傳突變引起的雄性不育性狀才能穩定遺傳，可分為兩種類型：細胞質雄性不育(CMS)和細胞核雄性不育(GMS)。

與細胞質雄性不育相對，細胞核雄性不育的遺傳機理相對簡單而且育性穩定。細胞核雄性不育是指控制花藥發育的核基因發生突變導致其雄配子發育異常，通常不受細胞質的影響，表現為孟德爾遺傳特點。Male sterility 1是玉米中第一個被發現的無花粉型的雄性不育突變體，之后有超過40個不同類型的雄性突變體被陸續發現，而且大部分突變體都已完成細胞學初步分析(McCormick.1993；柳雙雙等.2018)。其中，22個表現為減數分裂前花藥發育缺陷，13個減數分裂過程異常，7個屬于減數分裂后花藥發育異常。遺傳學分析發現，這些基因中除了ms41、ms42和ms44表現為顯性遺傳外，其他都由隱性基因控制。隨著生物技術的快速發展、技術手段的革新和全基因組測序的完成，部分核不育基因相繼被克隆并展開了一定的應用研究。據不完全統計，目前有報道的完成克隆和功能解析的基因數目至少有17個，即ms1、ms7、ms8、ms9、ms22、ms23、ms26、ms30、ms32、ms33、ms44、ms45、ocl4、mac1、msca1、ipe1、apv1。其中有6個是轉錄因子類蛋白，6個與脂質代謝相關，1個與糖代謝相關，2個參與信號響應途徑，1個與生物堿合成相關。而對于核不育基因應用的研究，目前主要有兩種策略：其一是采用誘導型啟動子驅動育性恢復基因(Ms)轉化為隱性核不育系(Feng et al.2014)；其二是一種新型的雜交種子生產技術體系(Seed productiontechnology,SPT)，最早是由美國杜邦先鋒公司研發的。另外，我國萬向元團隊也成功克隆了玉米隱性核不育基因Ms7/Ms30并研制了一種新型的“玉米多控不育”技術體系。利用兩個花粉降解基因(ZmAA和Dam)保障轉基因花粉完全敗育，同時增加一個抗除草劑基因(Bar)，有效保障轉基因保持系和非轉基因不育系制種的精準度。這種高效且精準的雜交育種技術體系的創制不僅彌補了我國玉米雜交育種新技術體系的空缺，也必將為我國玉米種業乃至國家糧食安全提供技術支撐。可見，更多的控制玉米核不育基因的克隆和作用機理解析不僅能夠增加人們對玉米花藥發育及種質創新的認識，也是我國玉米種業技術革新的保障。

(2)Ms54參與玉米花粉育性調控。