[發明專利]一種快速創制純合超甜玉米種質的方法及其應用

在審

• 申請號: 202210129695.8
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114916432A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 朱金潔;謝傳曉;李麗娜;祁顯濤;劉昌林;胡建廣;李高科;徐孝潔;黃晶
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院作物科學研究所;廣東省農業科學院作物研究所
• 主分類號: A01H1/02
• 分類號: A01H1/02;A01H1/04;C12N15/82;C12N15/65;C12N15/54
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種快速創制純合超甜玉米種質的方法及其應用。屬于玉米改良技術領域。本發明目的在于提供不依賴于基因型快速改良ZmSh2位點的育種技術，能夠在兩個世代內將任意玉米品種改良為超甜品系。本發明創制了配套雙熒光單倍體篩選系統的玉米單倍體誘導(ZmMTL及ZmDMP雙基因突變純合體)系，并進一步復合Sh2基因編輯CRISPR?Cas9元件，形成單倍體誘導版Sh2基因編輯系，實現單倍體誘導的同時改良玉米超甜性狀。將被改良材料做母本與單倍體誘導基因編輯系雜交，通過雙熒光系統篩選獲得孤雌生殖單倍體，進一步通過基因型鑒定獲得超甜單倍體，然后利用染色體加倍技術，獲得雙單倍體自交即可獲得目標改良材料。

技術領域

本發明屬于玉米改良技術領域，具體涉及一種快速創制純合超甜玉米種質的方法及其應用。

背景技術

超甜玉米是一種集糧、蔬、果、飼為一體的多用型產品，不僅具有較高的食用價值而且兼具較高的保健功能。隨著人們生活品質的不斷提高，人們對超甜玉米的需求與要求也不斷提高。因此，加速超甜玉米的育種進程對于實現超甜玉米的產業化生產意義重大。目前，已鑒定的超甜玉米主要受Sh或Bt基因控制，其分別編碼葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的大亞基和小亞基，位于淀粉合成途徑的上游。當相關基因為隱性純合突變時，淀粉的合成途徑受阻，葡萄糖轉化成蔗糖或果糖而不能合成淀粉，從而導致籽粒可溶性糖含量增加，含量可達普通玉米的1倍以上。

基因編輯技術是利用位點特異性核酸酶在DNA特定位點產生雙鏈斷裂，激發細胞自身的非同源末端連接修復或者同源重組修復，從而實現對基因組的靶向修飾。近年來，來源于細菌或古細菌的規律成簇的間隔短回文重復CRISPR(clustered regularlyinterspaced short palindromic repeats)系統，具備操作簡單、設計自由、效率高等優勢，迅速在包括人類細胞、動物及植物中得到廣泛應用。特別是集單倍體誘導與基因編輯于一體概念的提出，真正實現了“授粉即編輯”的目標，為作物遺傳改良提供了一種高效的生物育種思路。

因此，如何提供一種快速創制純合超甜玉米種質的方法及其應用是本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明公開了一種單倍體誘導基因編輯系及其快速創制超甜玉米種質的應用。本發明目的在于提供一種不依賴于基因型快速改良ZmSh2位點的育種技術，能夠在兩個世代內將任意玉米品種改良為超甜品系。本發明創制了配套雙熒光單倍體篩選系統的玉米單倍體誘導(ZmMTL及ZmDMP雙基因突變純合體)系，并進一步復合Sh2基因編輯CRISPR-Cas9元件，形成單倍體誘導版Sh2基因編輯系，實現單倍體誘導的同時改良玉米超甜性狀。將被改良材料做母本與單倍體誘導基因編輯系雜交，通過雙熒光系統篩選獲得孤雌生殖單倍體，進一步通過基因型鑒定獲得超甜單倍體，然后利用染色體加倍技術，獲得雙單倍體自交即可獲得目標改良材料。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種快速創制超甜玉米種質的方法，包括：利用mtl和dmp突變純合體且Shrunken2-CRISPR/Cas9和DFP轉基因元件純合的玉米Shrunken2基因編輯單倍體玉米誘導系進行和玉米自交系進行雜交，雜交后代經單倍體篩選與鑒定，獲得的單倍體誘導系通過染色體加倍，獲得超甜性性狀改良的雙單倍玉米種質。

優選的：所述mtl和dmp突變純合體且Shrunken2-CRISPR/Cas9和DFP轉基因元件純合的玉米Shrunken2基因編輯單倍體玉米誘導系的制備包括以下步驟：

(1)將eGFP-HvASP：DsRED雙熒光表達載體導入受體材料，篩選得到DFP陽性材料；

(2)將Shrunken2-CRISPR/Cas9編輯載體導入受體材料，篩選得到Shrunken2-CRISPR/Cas9陽性材料；

(3)將雜交聚合mtl、dmp突變和DEP元件材料與步驟(1)得到的所述DFP陽性材料雜交獲得F1代材料；