一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用。本发明专利技术首次通过分析玉米单倍体诱导基因ZmPLA1/ZmMATL在谷子中获得同源基因SiMTL，通过定点敲除SiMTL获得了转基因突变植株，并通过自交或与其他材料杂交成功诱导产生了谷子单倍体。该研究表明敲除谷子SiMTL可以使其具有单倍体诱导能力。为进一步解析SiMTL诱导单倍体产生的分子基础与提高育种效率提供了材料与技术支持。率提供了材料与技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用


[0001]本专利技术涉及生物
，具体涉及一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用。

技术介绍

[0002]谷子属于禾本科家族的一种C4植物，在干旱和半干旱地区生长，具有基因组小，生长周期短等诸多有点，同时也是是印度和中国等数十个国家的粮食和饲料作物。它是从8000多年前的野生狗尾草驯化而来的，与几种主要的作物，饲料和生物能源草密切相关，包括玉米，高粱，甘蔗和柳枝稷。最近已经对其二倍体基因组进行了测序和注释，从而成为研究C4植物的模型[Yang,Z.et al.Nature plants 2020,6,(9),1167
‑
1178；Doust,A.N.et al.Plant physiology 2009,149,(1),137
‑
141.]。双单倍体(DH)技术可在固定的遗传背景下加速重组单倍型的纯合。尽管目前已经在玉米、水稻、小麦等作物上实现了基于突变一个磷脂酶基因(MATL/ZmPLA1/NLD)来诱导产生单倍体植株[Gilles,L.M.et al.The EMBO journal 2017,36,(6),707
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717；Kelliher,T.et al.NATURE 2017,542,(7639),105
‑
109；Liu,C.et al.MOLECULAR PLANT 2017,10,(3),520
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522.]。但是对于谷子这一C4模式作物，尚未报道。
[0003]由于单倍体育种方法能显著提高育种效率，鉴于谷子已经发展成为C4模式作物，因此有必要在谷子中建立DH诱导体系，不仅可以节省育种过程的时间和成本，而且可以用来研究与C4作物相关的复杂性状，进一步来解析单倍体诱导产生的分子机制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用，以解决现有谷子育种效率低的技术问题。
[0005]具体而言，本专利技术首次发现了一种谷子单倍体诱导基因SiMTL，其核苷酸序列如：SEQ ID NO.1所示，其中CDS序列如：SEQ ID NO.2所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如：SEQ ID NO.3所示。
[0006]具体而言，本专利技术首次提供了一种谷子母本单倍体诱导系的制备方法，具体是沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因，并将用于沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因的物质导入备选谷子中，得到转基因谷子，即为谷子母本单倍体诱导系。
[0007]更进一步地，所述沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因是以突变为目的，具体是使谷子父本基因组中SiMTL基因表达量降低或使SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换。
[0008]更进一步地，所述使谷子父本基因组中SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换的方式为CRISPR/Cas9。
[0009]更进一步地，所述CRISPR/Cas9的靶序列为SEQ ID NO.1第1135
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1154位和/或第1980
‑
1999位。更进一步地，所述谷子雄性不育系682A，由中国农科院作物科学研究所刁现
民实验室提供。
[0010]具体而言，本专利技术还提供了一种谷子母本单倍体的制备方法，具体包括如下步骤：将由上述方法制备的谷子母本单倍体诱导系或其后代进行自交或者作为父本与其他谷子材料杂交，得到自交后代或杂交后代，即为所述谷子母本单倍体的制备方法。
[0011]更进一步地，所述方法还包括如下步骤：将所述自交后代或所述杂交后代单株进行表型鉴定和/或叶片倍性鉴定，选取至少一种方法鉴定为单倍体的后代单株为谷子母本单倍体。
[0012]更进一步地，所述单倍体表型鉴定方法可按照如下方法进行：若待测植株具有植株矮小，叶片较窄上冲，株型紧凑，雄性不育等，则该植株为或候选为单倍体；若待测植株具有植株高大，叶片宽大，披散，育性正常等，则该植株为或候选为二倍体。
[0013]更进一步地，所述叶片倍性鉴定方法可按照如下方法进行：提取待测植株幼嫩叶片的细胞核，以二倍体谷子叶片作为对照；再用流式细胞仪器检测信号，首先检测二倍体细胞核信号，并将二倍体细胞核信号峰位设为42(由于二倍体细胞内的遗传物质是单倍体细胞内遗传物质的两倍，因此，单倍体细胞核信号峰位理论上在21附近出现)；若待测植株的信号峰出现在42附近，则认为其与二倍体细胞核信号强度富集位置相同，该待测植株为二倍体。若待测植株细胞核信号峰出现在21附近，则认为该待测植株为单倍体植株。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了用于检测上述转基因谷子突变类型的扩增引物，siMTL
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F：5ˊ
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TCGCCGCTGTCTGTCACTCCAAAT
‑
3ˊ(SEQ ID NO.4)和siMTL
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R：5ˊ
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AAAAAAACTAGTACGAAACATCTGCGGTTTGTA
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3ˊ(SEQ ID NO.5)，以及该扩增引物在谷子simtl突变体鉴定中的应用。
[0015]另一方面，本专利技术还提供所述谷子单倍体诱导基因SiMTL或所述谷子母本单倍体诱导系的制备方法或所述谷子母本单倍体的制备方法在制备谷子母本单倍体诱导系或在调控谷子母本单倍体诱导系的诱导率或在提高谷子母本单倍体诱导系的诱导率或在培育谷子单倍体或在选育谷子单倍体育种中的应用。
[0016]另一方面，本专利技术还提供了用于制备谷子母本单倍体诱导系或用于制备谷子母本单倍体的sgRNA，其特征在于，所述sgRNA包括sgRNA1和/或sgRNA2，所述sgRNA1序列为SEQ ID NO.1第1135
‑
1154位，所述sgRNA2为SEQ ID NO.1第1980
‑
1999位。
[0017]本专利技术通过分析玉米中诱导基因ZmPLA1/NLD/MATL在谷子中的同源基因，并将其命名为SiMTL，通过CRISPR/Cas9定点突变技术和转基因试验，成功获得了SiMTL基因突变的转基因材料，利用转基因材料进行自交或与其他材料杂交，在后代中观察到了一定比例的单倍体植株，验证了SiMTL突变后的谷子具有能够诱导产生谷子母本单倍体的功能。本专利技术不仅对于揭示谷子母本单倍体产生的遗传学和生物学机理奠定了重要的基础，而且对于选育新型的诱导系，进一步提高诱导率，以及提高谷子单倍体育种效率方面具有重要的意义。
附图说明
[0018]图1为SiMTL基因结构示意图及利用CRISPR/Cas9技术的靶位点的设定；
[0019]图2为表型鉴定结果。左侧为二倍体；右侧为单倍体；
[0020]图3为流式细胞仪鉴定结果。左侧为二倍体；右侧为单倍体；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谷子单倍体诱导基因SiMTL，其特征在于，该基因的核苷酸序列为SEQ ID NO.1，其CDS序列为SEQ ID NO.2，其编码的蛋白的氨基酸序列为SEQ ID NO.3。2.一种谷子母本单倍体诱导系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因，并将用于沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因的物质导入备选谷子中，得到转基因谷子，即为谷子母本单倍体诱导系；其中，所述SiMTL基因为权利要求1中所述的谷子单倍体诱导基因SiMTL。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因是以突变为目的使谷子父本基因组中SiMTL基因表达量降低或使SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使谷子父本基因组中SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换的方式为CRISPR/Cas9。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述CRISPR/Cas9的靶序列为SEQ ID NO.1第1135
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1154位和/或第1980
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1999位。6.一种谷子母本单倍体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋毅，吴传银，程子祥，孙尧，智慧，刁现民，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：