本发明专利技术涉及一种小麦雄性不育基因WMS及其花药特异性启动子的应用。本发明专利技术利用RNA测序技术对比了小麦近等基因系‘鲁麦15’和‘鲁麦15+Ms2’(简称‘鲁麦15Ms2’)在减数分裂初期的花药转录组，从中发现了只在‘鲁麦15Ms2’花药组织表达的基因WMS。WMS基因的全长cDNA序列如SEQ ID NO:1所示；WMS基因编码的蛋白(即WMS蛋白)氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示；WMS基因启动子具有花药组织特异性驱动的活性，人为操作WMS基因能够改变小麦和短柄草的雄蕊育性。因此，本发明专利技术可用于实现目标基因的花药特异性表达、创建植物雄性不育特性、建立植物轮回选择体系、发展植物杂交制种技术。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种小麦雄性不育基因 WMS及其花药特异性启动子的应用。 二、 技术背景 植物雄性不育对于选择育种和杂交制种至关重要。在很多植物上，发现了大量的 雄性不育株系，对于它们的收集和保存为现代农业提供了宝贵的遗传和种质资源。近年来， 人工创制的植物雄性不育系，尤其对于重要粮食作物水稻（Oryza sativa L )和玉米（Zea mays L.)，在生产上开始发挥作用。 美国先锋公司（Pioneer Hi-Bred International)创制了新型种子生产技术 (Seed Production Technology, SPT)(Waltz. 2012. Nature Biotechnology 30:215-217)〇 在玉米上，SPT技术应用到3个关键基因：显性雄性可育基因 Ms45,隐性雄性不育基因 ms45 和红色荧光（可视）标记基因 DsRed2。先锋公司构建了携带Ms45和DsRed2各自表达框 架的植物表达载体（简称Ms45-DSRed2)，其中可育基因 Ms45受花药特异性启动子驱动，可 视标记基因 DsRed2受组成型启动子驱动。先锋公司将Ms45-DsRed2载体导入玉米雄性不 育系（ms45/ms45)，创制了玉米雄性不育保持系 DP-32138-1 (ms45/ms45, Ms45-DsRed2/_)。 DP-32138-1作为花粉供体，为玉米雄性不育植株（mS45/ms45)授粉，不育株上收获的种子 再经可视荧光自动分拣技术，获得玉米雄性不育系（m S45/ms45)和玉米雄性不育保持系 DP-32138-l(ms45/ms45, Ms45-DsRed2/_)，其中的不育系可用于杂交种生产。在创制植物 雄性不育系方面，利用花药特异性启动子驱动不育基因至关重要，有助于降低其它非预见 性风险。在水稻上，罗等人（2006)通过cDNA差显技术鉴定到花药绒毡层特异性表达的 基因 RTS，该基因主要在减数分裂时期的绒毡层表达，其表达在植株开花前消失（Luo et al. 2006. Plant Molecular Biology 62:397-408)。刘等人（2013)借助高通量技术发现 了水稻花药特异性表达的基因 LTP6,该基因编码脂类转运蛋白（Liu et al. 2013. Planta 238:845-857)。总之，采用花药特异性启动子驱动植物雄蕊育性相关基因，对于雄性可育/ 不育系的创建和杂交种的生产有重要意义。 太谷核不育小麦（Triticum aestivum L.)是我国上世纪70年代初发现的"无 花粉型"自然突变体，该表型受单显性核基因 Ms2(原始命名Tal)控制，位于小麦4D染色 体的短臂（邓景扬，高忠丽.1980.作物学报6:85-98)。由于太谷核不育表现为单基因显 性遗传，决定雄性不育的基因只能处于杂合状态（Ms2/ms2)，当接受雄性可育小麦（ms2/ ms2)花粉所产生的种子中，大约50%的种子发育成雄性可育植株（ms2/ms2)，其余的种 子形成雄性不育植株（Ms2/ms2)。上世纪80年代，刘秉华等人创制了携带显性矮杆基因 Rht-Dlc (原始命名RhtlO)的太谷核不育小麦（简称'矮败小麦'）（Shu/ed. 2009. Induced Plant Mutations in the Genomics Era/FA0/Rome:370_372)。'矮败小麦'中 Rht-Dlc 基 因和Ms2基因紧密连锁（Cao et al. 2009. Genome 52:95 - 99 ;Shu/ed. 2009. Induced Plant Mutations in the Genomics Era/FA0/Rome:370_372)，本专利技术称之为 Rht_Dlc_Ms2 位点 (简称RMs2位点）。自1983年，Ms2基因和RMs2位点成为小麦轮回选择的重要工具。到 目前为止，中国已经回交转育了数百份携带Ms2或RMs2位点的小麦品系（本专利技术统称'太 谷核不育小麦'），并利用它们选育了 40多份小麦品种。 三、
技术实现思路
为了解决人为控制植物育性的问题，本专利技术提供了一种小麦雄性不育基因丽S及 其花药特异性启动子的应用。具体涉及小麦雄性不育基因 WMS、该基因的花药特异性启动子 及它们的应用。 本专利技术利用RNA测序（RNA-Seq)对比了小麦近等基因系'鲁麦15'和'鲁麦 15+Ms2'（简称'鲁麦15 Ms2'）减数分裂初期的花药转录组（transcriptome)，从中鉴定只在 '鲁麦15Ms2'花药组织中表达的基因；本专利技术从'鲁麦15 Ms2'中获得了控制小麦雄性不育的 基因，命名为丽S基因。结果表明，丽S基因影响小麦雄蕊发育，人工调控丽S基因可以改 变植物雄蕊的育性。另外，WMS基因启动子具有花药特异性驱动的活性，可以实现目标基因 的花药特异性表达。因此，本专利技术可用于实现目标基因的花药特异性表达、创建植物雄性不 育特性、建立植物轮回选择体系、发展植物杂交制种技术。 丽S基因的全长cDNA序列如SEQ ID NO: 1所示；丽S基因编码的蛋白（即丽S蛋 白）氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示；WMS基因组全长表达框架，包括启动子、基因组编码 区和终止子，其核甘酸序列如SEQ ID NO:4 ;WMS基因启动子核苷酸序列如SEQ ID NO: 5所 示；丽S基因组转录区段的核苷酸序列如SEQ ID NO:6所示。 本专利技术主要涉及编码小麦WMS蛋白及其同源蛋白的CDNA、合成DNA和基因组DNA 的应用。本领域的技术人员利用常规技术即可获得丽S基因相关的cDNA和基因组DNA。 对于cDNA的制备大致需要如下步骤：a)从'太谷核不育小麦'或其它物种中提取信使 RNA(message RNA，mRNA) ;b)利用mRNA作为模板合成cDNA ;c)根据本专利技术WMS基因全长 cDNA序列SEQ ID NO: 1设计PCR引物，然后从cDNA模板中扩增WMS基因或其同源基因；d) 将PCR产物克隆到质粒载体，获得WMS基因或其同源基因的cDNA。同理，本领域的技术人员 也可以从'太谷核不育小麦'或其它物种中提取基因组DNA，用以创建基因组DNA文库（如 BAC、cosmid、fosmid等类型文库），再利用基于本专利技术WMS基因组全长表达框架的核苷酸 序列（SEQ ID NO: 4)的DNA探针或PCR引物筛选DNA文库，获得携带WMS基因的阳性质粒。 也可采用长片段PCR方法，利用本专利技术WMS基因组全长表达框架的核苷酸序列（如SEQ ID NO: 4)的特异PCR引物，从植物基因组DNA或质粒DNA直接扩增丽S基因或其同源基因，进 而将PCR产物连接到克隆载体。 本专利技术包括任何DNA片段，只要它们编码的蛋白与丽S蛋白（SEQ ID NO: 2)功能 等价。本文所指的"与丽S蛋白功能等价"意味着目标DNA片段所编码的蛋白在生物学功 能和生理生化特征等方面与本专利技术中丽S蛋白（SEQ ID N0:2)类同。丽S蛋白典型的生 物学功能是诱导植物雄性不育。为验证丽S基因是否诱导小麦雄性不育，可使用甲基磺 酸乙酯（Ethy本文档来自技高网...
【技术保护点】
如下a)至e)项所述的任何DNA片段：a)cDNA片段如SEQ ID NO:1所示；b)DNA片段，其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示；c)DNA片段如SEQ ID NO:6所示；d)DNA片段，其编码的蛋白(i)功能上如SEQ ID NO:2所示的蛋白；(ii)序列上如SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列，但存在一个、数个或数十个氨基酸的替换、删除或插入现象；e)DNA片段，其编码的蛋白(i)功能上如SEQ ID NO:2所示的蛋白；(ii)在严格条件下能与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:6所示的DNA片段退火杂交。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付道林，倪飞，齐娟，吕波，罗明成，王树芸，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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