一种水稻雌性育性调控基因FS7及其突变体与应用制造技术

本发明专利技术属于基因工程领域，具体涉及提供一种水稻雌性育性调控基因FS7及其突变体与应用。本发明专利技术提供了具有调控水稻雌性育性功能的水稻基因FS7，其CDS序列如SEQ ID NO:2所示，氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示。本发明专利技术还提供了FS7基因的辐射诱变突变体和CRISPR敲除突变体，以及FS7基因、蛋白和突变体在杂交育种中的应用。本发明专利技术提供的水稻基因FS7可用于水稻杂交种的父本雌性不育化和生产，具有巨大的应用价值和经济价值。价值和经济价值。价值和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻雌性育性调控基因FS7及其突变体与应用


[0001]本专利技术属于基因工程领域，具体涉及一种水稻雌性育性调控基因FS7及其突变体与应用，进一步具体的，涉及植物雌性育性调控基因FS7、FS7编码蛋白、FS7的辐射诱变和基因敲除突变体，以及FS7基因、蛋白和突变体在杂交育种中的应用。

技术介绍

[0002]杂交水稻是父母本杂交后获得的子一代，其产量往往比常规稻亲本提高15％以上，抗性和适应性也远胜于亲本。因此，应用和推广杂交水稻是提高水稻产量的一个重要途径。
[0003]传统的杂交稻技术是先将母本培育成雄性不育系，再与育性正常的常规稻或具有特定恢复能力的父本间隔种植于田间，在盛花期辅助人工授粉，使母本捕获父本的花粉而产生杂交种。由于父本依然具有自交结实能力，因此在收获时必须先去除父本，才能确保用机械收获的杂交种不含父本的种子。这不仅增加了人工成本，而且无法实现全机械化生产。雌性不育是指雌性器官失去生育能力而雄性育性正常，可产生有活力花粉的现象。利用雌性不育改造杂交种的父本，使父本雌性不育化并与雄性不育系配合，可以免除杂交制种中去除父本的工序，实现机械化生产。由于无需考虑去除父本，因此可以将其与母本混合播种，进一步减少制种工序。此外，混合播种改变了原有“三系法”和“两系法”制种中隔行播种父、母本的种植模式，使父母本的相对距离变得更短，有利于自然受精结实，提高杂交种的制种产量，这极有可能是未来杂交稻技术的一大趋势。目前，在水稻中已经克隆的雌性不育基因包括FST、LOG、OsAPC6、PTB1、FMS1、FMS2。FST是一个多效性基因，不同的突变体表型有所差异，但都表现为叶中脉形成异常和花发育畸形。叶中脉缺失会造成植株叶片披散，不利于高光效生产，这是该突变体的一个缺点。LOG是维持分生组织活性所必须的细胞分裂素激活酶，它的功能丧失会导致茎端分生组织发育提前终止，不仅造成雌性不育，也减少了穗分枝数和颖花数(Takashi et al.,2007,Direct control of shoot meristem activity by a cytokinin
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activating enzyme,Nature,445:652
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655)。OsAPC6主要是通过影响赤霉素应答来破坏胚乳的正常发育，从而形成雌性不育。osapc6突变体的雄配子发育并未受到影响，因此是一个较好的雌性不育突变体。然而赤霉素信号途径受干扰也导致了细胞减小、株高变矮(Kumar et al.,2010,A candidate gene OsAPC6 of anaphase
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promoting complex of rice identified through T
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DNA insertion Functional&Integrative Genomics,10:349
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358；Awasthi et al.2012,Abnormal endosperm development causes female sterility in rice insertional mutant OsAPC6,Plant Science,183:167
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174)，而矮化表型对异交授粉有一定的不利影响，降低了突变体在杂交制种的应用价值。FMS1是胚囊早期发育的重要调控因子，它的异常使胚囊在较早时期停止发育。FMS1具有NB
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ARC结构域，它是植物抗病蛋白常见的结构域，但目前并没有确定其是否具有在抗病上的功能，因此，FMS1的功能缺失突变体存在潜在的感病风险。FMS2即为OsMADS13，是MADS
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box家族的一员，广泛参与花分生组织的分化和花器官的形成。FMS2也是一个多效性基因，其突变
体除胚珠同源转化成心皮外，其它花器官的形成也会受到不同程度的影响，产生多种花器官结构(Ludovico et al.,2007,The D
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lineage MADS
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box gene OsMADS13 controls ovule identity in rice,The Plant Journal,52:690
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699)。PTB1编码一个RING类E3泛素连接酶，通过促进花粉管生长正向调节水稻穗籽粒结实率(Li et al.,2013,Natural variation in PTB1 regulates rice seed setting rate by controlling pollen tube growth,Nature Communications,2013,4:2793)。ptb1突变体的自交结实率低于2％，除雌性不育外，其它农艺性状均未改变，是目前可用于杂交制种的较好的雌性不育突变体。

技术实现思路

[0004]为了克服目前杂交稻技术中机械化制种难、生产效率低和人工成本高等问题，创造和利用优良雌性不育是重要的突破口。为此，本专利技术提供一种雌性育性相关基因及其核苷酸和蛋白序列，还包括通过操作该基因在调控植株雌性生育力中的应用。基于该基因突变所产生的隐性核雌性不育类型的雌性不育系的自交结实率低于0.1％，且育性稳定，只受核编码的单基因调控，不受光温环境的影响。该雌性不育系的育性恢复基因广泛存在于水稻种质资源中，也可以通过转野生型基因恢复雌性育性。该基因和该基因突变产生的雌性不育系为研发水稻新型杂交育制种技术提供了元件，为解决现有技术存在的问题奠定了基础。下文描述的任何方法都可与本专利技术所提供的相应核苷酸序列一起使用，例如，将所述雌性育性基因的突变体序列引入植株以导致植株雌性不育、使植株内源序列突变、向植株中引入该序列的反义序列、使用发卡形式、或将其与其它核苷酸序列连接起来调控植株的表型，或者是本领域技术人员已知的可用于影响植株的雌性生育力的多种方法中的任一方法。
[0005]具体的，本专利技术通过对水稻突变株的大量筛选和分析后，发现了雌性器官发育调控基因FS7，其位于水稻第7号染色体上，其在粳稻中的基因组核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，CDS序列如SEQ ID NO:2所示，氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示。在籼稻中其基因组核苷酸序列如SEQ ID NO:4所示，其CDS和氨基酸序与粳稻相同(即分别如SEQ ID NO:3和SEQ ID NO:4所示)。短药野生稻(Oryza brachyantha)中该雌性育性基因的基因组核苷酸序列和CDS序列如SEQ ID NO:41所示，氨基酸序列如SEQ ID NO:42所示；在二穗短柄草(Brachypodium distachyon)中该雌性育性基因的基因组核苷酸序列和CDS序列如SEQ ID NO:43所示，氨基酸序列如SEQ ID NO:44所示；非洲栽培稻(Oryza glaberrima)中该雌性育性基因的基因组核苷酸序列和CDS序列如SEQ ID NO:45所示，氨基酸序列如SEQ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DNA片段，具有调控植物雌性育性的功能，其特征在于，所述DNA片段的序列为以下任一：1)具有SEQ ID NO:1或2所示的核苷酸序列；2)具有SEQ ID NO:4所示的核苷酸序列；3)具有SEQ ID NO:41所示的核苷酸序列；4)具有SEQ ID NO:43所示的核苷酸序列；5)具有SEQ ID NO:45所示的核苷酸序列；6)具有SEQ ID NO:47或48所示的核苷酸序列；7)具有SEQ ID NO:50或51所示的核苷酸序列；8)具有SEQ ID NO:53所示的核苷酸序列；9)具有SEQ ID NO:55或56所示的核苷酸序列；10)具有SEQ ID NO:58所示的核苷酸序列；11)具有SEQ ID NO:60所示的核苷酸序列；12)具有SEQ ID NO:62或63所示的核苷酸序列；、14)具有SEQ ID NO:65所示的核苷酸序列；15)具有SEQ ID NO:67所示的核苷酸序列；16)在严格条件下能够与(1)
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(15)之任一序列的DNA杂交的DNA片段；或17)与(1)
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(16)之任一所述序列互补的DNA片段；或18)在(1)
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(16)之任一所述序列的基础之上，经过一至数个碱基替换和/或一至数个碱基的插入和/或缺失以及大片段的核苷酸序列插入/缺失/易位/倒位所形成能够影响植物雌性器官生育能力的DNA片段；或19)与(1)
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(16)之任一所述序列的DNA片段具有85％以上的同一性且编码水稻雌性育性相关蛋白的DNA片段。2.权利要求1所述DNA片段编码的蛋白，其特征在于，为如下1)或2)所述的蛋白：1)SEQ ID NO:3、42、44、46、49、52、54、57、59、61、64、66或68所示的氨基酸序列组成的蛋白；2)将SEQ ID NO:3、42、44、46、49、52、54、57、59、61、64、66或68经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有调控植物雌性育性活性的蛋白。3.一种生物材料，其特征在于，该生物材料含有权利要求1所述的DNA序列，所述生物材料为表达盒，表达载体、工程菌、或转基因细胞系，所述转基因细胞系不能繁殖为植物。4.一种突变体材料，所述突变体材料是由核苷酸序列的突变所造成，含有该突变后核苷酸序列的植株表现为雌性不育，其特征在于，所述核苷酸序列如SEQ ID NO:1、2、4、41、43、45、47、48、50、51、53、55、56、58、60、62、63、65或67任一所示，所述的突变为点突变、DNA缺失、插入或取代突变、反义基因的转入、共抑制或发夹结构的引入或通过基因沉默手段产生的突变。5.如权利要求4所述的突变体材料，其特征在于，所述的突变体材料为采用CRISPR
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Cas9方法，以靶位点1的序列：GCAAGCTGGTGAGCTGGCTA和/或靶位点2的序列：GCGCGCGGGACTTCTACGTG为靶位点，造成靶位点或靶位点及相邻核苷酸序列突变后得到的植物。
6.如权利要求5所述的突变体材料，所述的突变体材料为水稻突变体材料，其特征在于，在所述的靶位点1和靶位点2或靶位点及相邻区域内具有以下1)和/或2)中的1种或多种突变：1)在靶位点1或靶位点1及相邻序列内发生了CGCCGCGCCGGGCGCTGTGCCGCG...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京琳，李新鹏，龙湍，董叶红，吴春瑜，曾翔，吴永忠，黄培劲，
申请(专利权)人：海南波莲水稻基因科技有限公司，
类型：发明
国别省市：