一种利用CalS5基因突变创制光温敏不育系的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种利用CalS5基因突变创制光温敏不育系的方法及其应用，该培育方法是通过降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达来实现的，本发明专利技术的主要优点在于：首次发现了对于某些特定的植物不育系，通过调控植株中与花粉发育相关的CalS5蛋白的表达或活性，来调控所述植株的育性，实现不育与可育之间的可控转换。此外，还开发了植物不育系在农业育种等方面的应用，大大简化了植物不育系的育种方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业和生物
，尤其涉及一种利用CalS5基因突变创制光温敏不育系的方法及其应用。
技术介绍
农业生产中，雄性不育系在杂交制种、提高农业产量中占据巨大优势。雄性不育往往被分为细胞质雄性不育(CMS)和细胞核雄性不育(GMS)两种。三系杂交体系的建立即依赖于细胞质雄性不育。但是，细胞质雄性不育有其自身的缺陷：首先，细胞质雄性不育植株的品质普遍较差；其次，三系杂交水稻的组合增产潜力越来越小；再次，由于野败型的雄性不育细胞质单一，一旦细胞质雄性不育丧失或某种毁灭性病虫害发生，那么就会造成巨大的损失。随着细胞核雄性不育中光温敏条件性雄性不育的发现，两系法杂交水稻应运而生。相对于三系杂交法，光温敏不育系兼有不育系和保持系两种状态。与三系法相比，两系法不受恢保关系的限制，即细胞核不育可以与大量常规品种杂交，配组自由，更容易获得性状优良的杂交优势，从根本上解决三系中雄性不育细胞质单一化的问题。近年来，两系杂交水稻在中国农业生产中的应用越来越广泛。早在1973年石明松在中国湖北从晚粳品种(Oryzasativassp.Japonica)农垦58中选育出光敏感不育系，并提出了一系两用的水稻杂交优势利用新途径。随后，以农垦58S(NK58S)为父本，与籼稻杂交获得的培矮64S(PA64S)也在两系杂交中得到广泛应用，只是培矮64S的育性对温度更加敏感。水稻光温敏不育系受单基因隐性位点控制；研究表明，农垦58S与培矮64S的不育性状均受同一个遗传位点控制，且温度和光照均会对该位点产生影响。至今，共发现十三个水稻光温敏不育系pms1、pms2、pms3、rpms1、rpms2、tms1、tms2、tms3、tms4、tms5、tms6、rtms1和ms-h，分别定位在第7、3、12、8、9、8、7、6、2、2、5、10和第9条染色体上。研究发现，一个突变的小RNA(smallRNA)osa-smR5864m，导致pms2以及p/tms2-1(农垦58S和培矮64S)突变体的不育表型。拟南芥(A.thaliana)因为具有较小的基因组、快速的生长周期以及大量的突变体库等无可比拟的优势，而在植物学、生物学领域成为模式植物。此外，还能在严格控制温度、光照等条件的狭小空间中培养。研究发现了一些拟南芥不育突变体，如PEAMT基因突变体t365以及GA/IAA生物合成受阻的ms33突变体均为温敏不育表型。胼胝质合成酶是一类存在于不同物种中家族蛋白，在胼胝质的合成中起重要作用。在植物界，有报道称一些物种的胼胝质合成酶与植物的生殖发育有关，如在紫鸭跖草中作为暂时细胞壁机械屏障，防止细胞融合(Waterkeynetal.1962)；在百合中为初生外壁提供糖原(LarsonLewisetal.1962)等。目前，发掘植物雄性不育新种质的常规途径主要包括：对天然雄性不育原始株的发现，人工诱变和连续回交核置换。我国早期的野败型和马协型水稻雄性不育细胞质是对对天然雄性不育原始株的发现；新疆农科院培育的新海不育系棉花是利用海岛棉的杂种经60COγ射线诱变。但是，传统育种方法筛选和培育理想的可转育的雄性不育系存在诸多困难，如雄性不育系种质资源有限，转育周期过长，杂交不亲和，组合选育局限大等。目前，本领域尚缺乏调控方式简单方便的植物不育系用于植物育种过程，因此迫切需要调控方式简单方便的植物不育系培育技术。
技术实现思路
针对本领域存在的技术问题，本专利技术提供一种利用CalS5基因突变创制光温敏不育系的方法及其应用，从而解决目前核不育光温敏遗传位点少，制种纯度不高的问题。本专利技术的第一个方面在于提供一种培育植物不育系的方法，包括步骤：降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达或活性，所述胼胝质合成酶为CalS5蛋白或其同源蛋白。作为本专利技术的一个优选方案，所述胼胝质合成酶参与所述植物花粉发育过程四分体时期的胼胝质合成。作为本专利技术的一个优选方案，所述胼胝质合成酶在植物花序或花药的细胞、组织或器官中特异性表达。作为本专利技术的一个优选方案，所述细胞或组织包括：小孢子、小孢子母细胞或其组合。作为本专利技术的一个优选方案，所述胼胝质合成酶在花药发育期特异性表达。作为本专利技术的一个优选方案，所述花药发育期包括前花药形成阶段(-3-0天)、花药形成阶段和后花药形成阶段(1-5天)，其中，0天指花药形成的第1天，-3天为以花药形成当天为起始点，向前推算的第3天，1天、5天分别为以花药形成当天为起始点，向后推算的第1天和第5天。作为本专利技术的一个优选方案，所述胼胝质合成酶在花药发育第7期特异表达。作为本专利技术的一个优选方案，所述胼胝质合成酶在花粉减数分裂完成时达到表达最高峰。作为本专利技术的一个优选方案，所述“降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达或活性”满足以下条件：A1/A0＝0-80％，优选为A1/A0＝0-60％，更优选为A1/A0＝0-40％，最优选为A1/A0＝0-30％；其中，A1为所述植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的酶活性；A0为野生型同种类型植物植株中相同胼胝质合成酶的酶活性。作为本专利技术的一个优选方案，所述CalS5的野生型氨基酸序列选自下组中的任意一种或几种：SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6。作为本专利技术的一个优选实施例，可通过以下任意一种方式降低所述胼胝质合成酶的表达或活性：1)编码所述胼胝质合成酶的多核苷酸部分或完全缺失；2)修饰表达调控序列以降低或抑制编码所述胼胝质合成酶的多核苷酸的表达；3)修饰染色体上的序列以降低蛋白的活性；或4)上述1)-3)中的任意组合。其中，所述的编码蛋白的多核苷酸部分或完全缺失是利用染色体基因插入的载体，将编码内源性靶蛋白的多核苷酸替换为标记基因或部分核苷酸序列缺失的多核苷酸。“部分”缺失的长度根据多核苷酸的种类不同，可以为1-300bp，优选为1-100bp，更优选为1-5bp，其中bp为碱基对。作为本专利技术的一个优选实施例，可以通过以下任意一种方式修饰表达调控序列：1)通过核苷酸序列的缺失、插入、保守、非保守性取代中的一种或几种的组合，在表达调控序列中诱导突变，以进一步降低表达调控序列的活性；2)将表达调控序列替换成活性更低的序列。作为本专利技术的一个优选实施例，所述的表达调控序列包括编码启动子序列、操纵子序列、核糖体结合位点和控制转录与翻译终止的序列。作为本专利技术的一个优选实施例，可以通过以下任意一种方式修饰染色体上的多核苷酸序列以降低蛋白的活性：1)通过核苷酸序列的缺失、插入、保守或非保守性取代中的一种或几种的组合在所述胼胝质合成酶序列中诱导突变，以进一步降低所述胼胝质合成酶的活性；2)将多核苷酸序列替换成经修饰的序列以便获得更弱的蛋白活性。作为本专利技术的一个优选方案，所述的“降低植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的活性”的方法包括：使编码胼胝质合成酶的基因的表达水平下降。作为本专利技术的一个优选方案，所述的“使编码胼胝质合成酶的基因的表达水平下降”满足条件：E1/E0＝0-80％，优选为E1/E0＝0-60％，更优选为E1/E0＝0-40％；和/或A1/A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种培育植物不育系的方法，其特征在于，包括步骤：降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达或活性，所述胼胝质合成酶为CalS5蛋白或其同源蛋白。

【技术特征摘要】
1.一种培育植物不育系的方法，其特征在于，包括步骤：降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达或活性，所述胼胝质合成酶为CalS5蛋白或其同源蛋白。2.根据权利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述“降低所述植物植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的表达或活性”满足：所述植株中与花粉发育相关的胼胝质合成酶的酶活性/野生型同种类型植物植株中相同胼胝质合成酶的酶活性＝0-80％。3.根据权利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述CalS5的野生型氨基酸序列选自SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6。4.根据权利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，所述胼胝质合成酶在植物花序或花药的细胞、组织或器官中特异性表达。5.根据权利要求1所述的培育植物不育系的方法，其特征在于，通过以下任意一种方式降低所述胼胝质合成酶的表达或活性：1)编码所述胼胝质合成酶的多核苷酸部分或完全缺失；2)修...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仲南，许特，朱骏，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31