[發明專利]小麥單倍體誘導基因及其應用

有效

• 申請號: 202010074738.8
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111073875B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 陳紹江;劉晨旭;鐘裕;祁曉龍;劉宗凱
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C12N9/16
• 分類號: C12N9/16;C12N15/55;C12N15/82;A01H5/00;A01H5/10;A01H6/46;A01H1/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了小麥單倍體誘導基因及其應用。本發明通過分析玉米中誘導基因ZmPLA1在小麥中的同源基因，獲得了編碼小麥磷脂酶的PLA基因，其在小麥A、B、D三個染色體組中存在，分別命名為PLA?A、PLA?B和PLA?D，通過定點突變技術和轉基因試驗，獲得PLA基因突變的轉基因材料，并利用轉基因材料進行自交或與其他材料雜交，在后代中觀察到了一定比例的單倍體植株，驗證了PLA突變后的小麥材料具有能夠誘導產生小麥母本單倍體的功能。本發明不僅對于揭示小麥母本單倍體產生的遺傳學和生物學機理奠定了重要的基礎，而且對于選育新型的誘導系，進一步提高誘導率，以及提高小麥單倍體育種效率方面具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及生物技術領域，具體涉及小麥單倍體誘導基因及其應用。

背景技術

小麥是世界上主要的糧食作物。保持小麥產量的穩步增加及品質的不斷改良，仍然是目前小麥育種的重要工作。眾所周知，小麥是典型的自花授粉作物，生產上所使用的品種亦是遺傳上純合的純系材料。因此，小麥新品種的選育雖然不需每代授粉，但仍需逐代自交純化，經過天然自交8代或以上，方能獲得優良的純系材料。雖不需要人工授粉，但鑒于多數小麥材料每年只能種植一代，仍耗費大量的時間與精力。區別于玉米和水稻等作物的基因組，小麥的基因組為異源六倍體，基因組相對復雜的特點顯著增加了小麥育種的難度。

與傳統育種方式相比較，單倍體育種方法能夠顯著提高育種效率，在玉米等作物中獲得了廣泛應用。因此，建立小麥單倍體育種技術體系具有重要意義。前人探索了多種產生小麥單倍體的方法，如配子體培養法、遠緣雜交、無融合生殖等。然而，配子體培養和遠緣雜交方法等，仍需大量繁瑣的操作，或者使用玉米的花粉，其效率不高，且受材料背景影響較大，難于大規模利用。基于誘導基因的單倍體誘導方法在玉米中成功大規模應用，其效率能夠達到10％以上，已成為目前玉米骨干自交系選育的主要方法。因此若能夠將玉米體內單倍體誘導的方法應用于小麥單倍體育種，則能夠大大提高小麥單倍體育種的效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何提高小麥單倍體育種效率。

為了解決上述技術問題，本發明首先提供了一種小麥母本單倍體誘導系的制備方法。

本發明提供的小麥母本單倍體誘導系的制備方法包括如下步驟：沉默或抑制目的小麥基因組中PLA基因的表達和/或活性或敲除PLA基因，得到轉基因小麥，即為小麥母本單倍體誘導系；

所述PLA基因為小麥A基因組中的PLA-A基因和/或小麥B基因組中的PLA-B基因和/或小麥D基因組中的PLA-D基因。所述PLA-A基因、所述PLA-B基因和所述PLA-D基因的基因組序列分別如序列表中序列1、序列4和序列7所示。

進一步的，所述沉默或抑制目的小麥基因組中PLA基因的表達和/或活性或敲除PLA基因為突變目的小麥基因組中PLA基因使目的小麥基因組中PLA基因表達量降低或使目的小麥基因組中PLA基因發生缺失突變或插入突變或堿基替換。

更進一步的，所述使目的小麥基因組中PLA基因發生缺失突變或插入突變或堿基替換的方式為CRISPR/Cas9。

在本發明的一個具體實施例中，所述CRISPR/Cas9的靶序列為序列1第905-923位和序列7第939-957位。

在本發明的另一個具體實施例中，所述CRISPR/Cas9的靶序列為序列1第699-718位。

上述小麥母本單倍體誘導系的制備方法中，所述沉默或抑制目的小麥基因組中PLA基因的表達和/或活性或敲除PLA基因通過將敲除目的小麥基因組中PLA基因的物質導入目的小麥實現。