[发明专利]筛选植物的在植物中诱导孤雌生殖的遗传元件的方法

说明书

技术领域

本公开涉及植物分子生物学领域，更具体地讲涉及植物雌性繁殖生物学、改变植物雌性繁殖生物学以及筛选改变的生殖机制性能的方法。

背景技术

单性生殖是指无性繁殖，其在不受精的情况下导致种子的产生、得到在遗传上与母株相同的后代(Koltunow，et al.，(1995)Plant Physiol.108：1345-1352(Koltunow等人，1995年，《植物生理学》，第108卷，第1345-1352页)；Ravi，et al.，(2008)Nature451：1121-4(Ravi等人，2008年，《自然》，第451卷，第1121-1124页))。它是一个绕开雌性减数分裂和有性生殖来产生与母本相同的胚的繁殖过程。单性生殖增大了开发优良基因组合的可能性，并有利于所需性状的快速掺入。单性生殖不仅提供繁殖保证，而且避免了后代的杂合性丢失，因为卵细胞保持了亲代的基因型。因此，单性生殖避免了由于近亲交配造成的活力丧失效应，并由于杂种优势的影响可能另外赋予一些优点。

在物种水平上，单性生殖的发生率不足物种的1％。单性生殖出现在多个野生物种和少数农艺上重要的物种(例如柑桔属和芒果)中，但未出现在任何主要的谷类作物中(Eckhardt，(2003)The Plant Cell15：1449-01(Eckhardt，2003年，《植物细胞》，第15卷，第1449-01页))。单性生殖的一种形式是不定胚生殖，其中胚由胚珠内位于胚囊外部的体细胞组织直接形成。不定胚生殖通常与正常的有性繁殖平行出现。单性生殖的第二种形式是二倍体孢子生殖，其取代了有性繁殖。在二倍体孢子生殖中，形成了未减数分裂的卵细胞，其随后经历称为孤雌生殖(不经过受精的胚发生过程)的过程而形成胚。单性生殖的第三种形式是无孢子生殖，其与不定胚生殖类似地在有性胚囊外部的组织中发生。无孢子生殖涉及形成无性的未减数分裂的胚囊，其与二倍体孢子生殖类似地经历孤雌生殖而形成单性生殖胚。单性生殖的所有三种形式都依赖于不经过受精而生成胚(孤雌生殖)。因为其提供了对所需基因型的固定和无限增殖的保证，所以工程化该能力以将无性系种子培育成作物(尤其是谷物)引起了极大关注(Spillane，et al.，(2001)Nat.Biotechnol.22：687-91(Spillane等人，2001年，《自然生物技术》，第22卷，第687-691页))。

在商业化植物品系中将单性生殖工程化的分子方法是非常可取的。对基因转录的调控在种子特异性发育程序的表达中具有至关重要的作用。因此，早期胚珠发育期间在有性繁殖途径和单性生殖过程之间的趋异点处分子开关的调控，是在其处可对类单性生殖性状加以控制的点。

本公开描述了一种维持缺乏由有性方式获得的胚的植物/种子大群体的方式。这可以用于生成针对诱导孤雌生殖的遗传元件的筛选群体。此外，一旦鉴定出孤雌生殖遗传元件，便可使用该相同方法来预防自繁殖植物中的有性繁殖。

发明内容

存在两种不同但类似的方法。第一种方法利用母本胚缺陷(胚致死)隐性突变，该突变随后在与不育自交保持系统(Sterile Inbred Maintenance System，SIMS)，也称为制种技术(Seed Production Technology)中所用方法类似的方法中得以保持(参见，美国专利No.7,696,405、No.7,915,398和No.7,790,951)。该系统包括引入转基因盒，该转基因盒具有三个部分：1)与胚致死突变互补的野生型等位基因；2)花粉消融植物转录单元(PTU)，其用于防止通过花粉的转基因传递，以及3)种子颜色标记PTU，其用于允许将转基因群体从所产生的种子移除。这将允许生成对于隐性突变等位基因而言是纯合的、但在转基因上是互补的群体。这些植物将根据这些变化在下一代中分离成1∶1的存活的转基因种子和不能存活的非转基因无胚纯合突变种子。