大麦雄性不育基因BMS-1及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种大麦雄性不育基因BMS

【技术实现步骤摘要】
大麦雄性不育基因BMS
‑
1及其应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程
，具体涉及一种大麦雄性不育基因BMS
‑
1及其应用。

技术介绍

[0002]植物雄性不育在自然界中是一种常见的现象，是指在高等植物有性生殖过程中，雄性器官发育异常，不能产生有功能的花粉囊、花粉粒或雄配子，但雌蕊发育正常，能接受外来花粉而受精结实，并能将该不育性遗传给后代的现象。虽然植物雄性不育对植物而言是一种异常性状，但它却是农作物利用杂种优势、进行轮回选择和群体遗传改良的理想工具，同时也是研究花粉发育、细胞质遗传和核质互作的原材料。因此对雄性不育的研究有助于理解复杂的植物生殖生长过程，并对作物生产中杂种优势利用和杂交种制种效率的提高具有巨大的应用和经济价值。
[0003]植物雄性不育是开发杂种优势的重要工具，在作物杂交育种上应用广泛，相关的杂交制种技术分为“三系法”(three
‑
line system)和“两系法”(two
‑
line system)(Chen et al.,2014)。基于细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)的杂交制种技术称为“三系法”，即需要三个育种品系：CMS不育系、不育保持系和不育恢复系。与CMS相比，大多数细胞核雄性不育(genic male sterility,GMS)还没有用于杂交制种，主要困难在于无法有效实现GMS不育基因的保持和恢复。环境敏感型GMS克服了这一缺点，在作物杂交制种中发挥了重要作用，该杂交制种方法被称为“两系法”。环境敏感型GMS品系在限制性条件下(长日照或者高温条件下)用作雄性不育系，在正常条件下(短日照或低温条件下)可育，可用作保持系进行繁殖；其它携带正常可育基因的品系均可用作父本在限制性条件下为环境敏感型GMS品系授粉，获得育性恢复的F1杂交种。最近几年，以隐性雄性不育基因为基础并结合基因工程手段创制的第三代杂交技术在水稻和小麦中逐渐成熟(Changet al.,2016；Wang et al.,2017)。该技术的前提是获得败育彻底的雄性不育基因，其优势是可以获得100％不育的隐性核不育群体，近而获得不含转基因成分的杂种F1，是一种稳定高效、不育系和保持系一体的新型不育杂交育种体系。不管是“三系法”、“两系法”，还是基于基因工程的第三代杂交技术，发掘和鉴定败育彻底的雄性不育基因是植物杂种优势利用的前提。
[0004]大麦是世界上仅次于玉米、水稻和小麦的第四大谷类作物，是麦族植物研究的模式材料。大麦用途广泛，可以用作粮食、饲料，也可作为麦芽制造和酿酒工业的必需原料。大麦具有早熟、抗逆和丰产等诸多优点，在形态学、遗传学等方面具有广泛的多样性。在四大粮食作物中，玉米杂交种在超高产进程中发挥重要作用，使其产量自2012年开始跃居我国第一位(中国统计年鉴，2017)；对于水稻来说，杂交水稻的广泛应用促使我国水稻产量增幅超过20％，其种植面积达到水稻总种植面积的50％以上(Yuan,2015)。但对于小麦和大麦杂交种的利用来说，尽管最近几年有了一定的突破，比如小麦杂交制种纯度的提升、雄性不育种质资源的鉴定等，但相比而言麦类作物杂交种并没有进行大规模的生产和利用。小麦和大麦都是严格地自花授粉作物，雄性不育性状的保持和恢复是杂交种生产的关键，发掘和
鉴定优良雄性不育基因是杂交种生产的前提。另外，大麦是二倍体，基因组相对简单，与小麦亲缘关系较近，是麦类作物遗传研究的良好模式材料。因此，利用正向遗传学的方法分离大麦雄性不育基因对大麦和小麦等植物的杂交制种有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术利用化学诱变剂处理大麦种质材料
‘
SDAU00886
’
，创制得到大麦雄性不育突变体材料
‘
N6807
’
。遗传分析表明，其雄性不育表型受单隐性基因控制，被命名为BMS
‑
1；利用正向遗传学的方法，本专利技术将该基因定位于大麦5HS染色体末端大约1.7cM的遗传区间，对应物理图谱中大约1.26Mb，包含27个候选基因；通过对注释基因进行表达模式分析和单倍型分析，最终鉴定得到大麦雄性不育基因BMS
‑
1。该基因的功能缺失会造成大麦的雄性不育，由此可以产生新的雄性不育材料，在科研和农业生产中具有重要的应用价值。
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种大麦雄性不育基因BMS
‑
1，所述基因BMS
‑
1为：
[0007]i)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列；或
[0008]ii)SEQ ID NO.2所示的核苷酸序列；或
[0009]iii)与i)或ii)的核苷酸序列具有90％或90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。
[0010]本专利技术的第二方面，提供基因BMS
‑
1在调控植物花药发育中的应用；所述基因BMS
‑
1为如下a)
‑
d)中任一项所述的DNA片段；
[0011]a)SEQ ID NO.1所示的DNA片段；
[0012]b)SEQ ID NO.2所示的DNA片段；
[0013]c)除b)以外的编码SEQ ID NO.3所示氨基酸序列的DNA片段；
[0014]d)DNA片段，与a)或b)限定的DNA片段具有90％或90％以上同一性，且编码的蛋白在功能上与SEQ ID NO.3所示的蛋白等价。
[0015]基因BMS
‑
1作为大麦雄性不育基因，该基因突变后会导致大麦花药发育出现异常，花药较小，不能产生花粉粒，从而导致雄性不育，自交不结实，但雌蕊发育正常。因此，基因BMS
‑
1可以调控植物花粉发育。
[0016]本专利技术的第三方面，提供携带上述基因BMS
‑
1的重组表达载体、转基因细胞系或基因工程菌在调控植物花药发育中的应用。
[0017]本专利技术的第四方面，提供如下1)
‑
3)中任一项所述的蛋白在调控植物花药发育中的应用；
[0018]1)氨基酸序列是SEQ ID NO.3所示的蛋白；
[0019]2)将SEQ ID NO.3所示的氨基酸序列经过一个、数个或数十个氨基酸的替换、删除或插入得到的与SEQ ID NO.3所示的蛋白具有相同功能的蛋白；
[0020]3)在SEQ ID NO.3所示的蛋白的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白。
[0021]本专利技术的第五方面，提供基因BMS
‑
1在创制植物雄性不育株系中的应用；所述基因BMS
‑
1为如下a)
‑
d)中任一项所述的DNA片段；
[0022]a)SEQ ID NO.1所示的DNA片段；
[0023]b)SEQ ID NO.2所示的DNA片段；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大麦雄性不育基因BMS
‑
1，其特征在于，所述基因BMS
‑
1为：i)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列；或ii)SEQ ID NO.2所示的核苷酸序列；或iii)与i)或ii)的核苷酸序列具有90％或90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。2.基因BMS
‑
1在调控植物花药发育中的应用；所述基因BMS
‑
1为如下a)
‑
d)中任一项所述的DNA片段；a)SEQ ID NO.1所示的DNA片段；b)SEQ ID NO.2所示的DNA片段；c)除b)以外的编码SEQ ID NO.3所示氨基酸序列的DNA片段；d)DNA片段，与a)或b)限定的DNA片段具有90％或90％以上同一性，且编码的蛋白在功能上与SEQ ID NO.3所示的蛋白等价。3.携带上述基因BMS
‑
1的重组表达载体、转基因细胞系或基因工程菌在调控植物花药发育中的应用。4.如下1)
‑
3)中任一项所述的蛋白在调控植物花药发育中的应用；1)氨基酸序列是SEQ ID NO.3所示的蛋白；2)将SEQ ID NO.3所示的氨基酸序列经过一个、数个或数十个氨基酸的替换、删除或插入得到的与SEQ ID NO.3所示的蛋白具有相同功能的蛋白；3)在SEQ ID NO.3所示的蛋白的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白。5.基因BMS
‑
1在创制植物雄性不育株系中的应用；所述基因BMS
‑
1为如下a)
‑
d)中任一项所述的DNA片段；a)SEQ ID NO.1所示的DNA片段；b)SEQ ID NO.2所示的DNA片段；c)除b)以外的编码SEQ ID NO.3所示氨基酸序列的DNA片段；d)DNA片段，与a)或b)限定的DNA片段具有90％或90％以上同一性，且编码的蛋白在功能上与SEQ ID NO.2所示的蛋白等价。6.基因BMS
‑
1在植物杂交育种或制种中的应用；所述基因BMS
‑
1为如下a)
‑
d)中任一项所述的DNA片段；a)SEQ ID NO.1所示的DNA片段；b)SEQ ID NO.2所示的DNA片段；c)除b)以外的编码SEQ ID NO.3所示氨基酸序列的DNA片段；d)DNA片段，与a)或b)限...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪飞，付道林，孙梦，王晓，吴佳洁，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：