[发明专利]来自玉蜀黍的MS9基因的克隆和使用

说明书

技术领域

本发明涉及植物分子生物学领域，更具体地讲，涉及影响雄性育性。

背景技术

杂交植物育种的发展已使产生的作物在质量和数量方面取得相当大的进展成为可能。由于经过了杂交程序，故产量增加，所需特性的有利组合如对病害和虫害的抗性、耐热性和耐旱性，以及植物组成发生变化都可能出现。这些程序在很多情况下主要依赖于提供向雌性亲本贡献花粉的雄性亲本以产生所得的杂交体。

大田作物通过利用植物的授粉方法的技术进行育种。如果来自植物的一朵花的花粉转移到同一植物或遗传上相同的植物的同一朵花或另一朵花，则植物自花授粉。如果花粉来自遗传上不同的植物的花，则植物异花授粉。

在芸苔属(Brassica)中，植物通常自花不育，并且只能够异花授粉。在自花授粉的物种中，诸如大豆和棉花，雄性和雌性植株在解剖学上是雌雄同株的。在自然授粉过程中，一朵花的雄性繁殖器官给同一朵花的雌性繁殖器官授粉。

玉蜀黍植物(ZeamaysL.)不寻常的地方在于它们易于通过自花授粉和异花授粉两种技术来繁育。玉蜀黍在同一植株上具有位于雄穗上的雄花和位于雌穗上的雌花。玉蜀黍可自花授粉或异花授粉。当风或重力将花粉从雄穗移动至从初期(incipient)雌穗顶部突出的穗丝时便会在玉蜀黍中发生天然的授粉。

控制植株中的育性的可靠方法将提供改良植物育种的机会。对于玉蜀黍杂交种的开发而言特别是如此，玉蜀黍杂交种的开发通常依赖于某些雄性不育系统。

玉蜀黍杂种的开发需要纯合近交系的开发、这些近交系的杂交和杂交的评估。谱系育种和轮回选择是用于从种群开发近交系的育种方法中的两种。育种程序将来自两个或更多个近交系或多种基础广泛的来源的所需性状组合进育种库，通过自交和对所需表型的选择从所述库中开发出新的近交系。杂种玉蜀黍品种是两种此类近交系的杂交，每种都可能具有另一种所缺乏的一种或多种所需特性，或补足另一者的一种或多种所需特性。新的近交系与其它近交系杂交，对从这些杂交获得的杂种进行评价，确定哪些具有商业潜能。第一代的杂种子代被定为F₁。在对杂种的开发中，仅寻求F₁杂种植物。F₁杂种比其近交亲本更有活力。这种杂种活力或杂种优势可以多种途径体现，包括增加的营养生长和提高的产率。

可通过结合人工去雄在内的雄性不育系统来产生杂种玉蜀黍种子。为产生杂种种子，从正在生长的雌性近交亲本(其可与雄性近交亲本以各种交替行模式种植)除去雄穗。因此，如果与外来玉蜀黍花粉来源充分隔离，雌性近交系的雌穗将仅被来自雄性近交系的花粉受精。因此，得到的种子是杂种(F₁)并将形成杂种植物。

植物发育过程中的环境变化可导致在雌性亲本的人工去雄完成后植物又抽出雄穗。或者，去雄植物可能没有完全移除雌性近交植物的雄穗。在任何情况下，结果都是雌性植物成功散播花粉，一些雌性植物被自花授粉。这将导致连同正常产生的杂种种子一起收获雌性近交系的种子，这对于种植者来说是不利的，因为雌性近交系种子的生产力不如F₁种子。此外，雌性近交种子的存在对生产杂种的公司来说可能代表着种质安全风险。

或者，可以机械方式对雌性近交系去雄。机械去雄和手工去雄的可靠性大致相同，但更快并且成本更低。然而，与手工去雄相比，大多数去雄机器会对植物造成更多的伤害。因此，目前没有令人完全满意的去雄形式，故而还是需要进一步降低生产成本并消除杂种种子生产中的雌性亲本自花授粉的替代方法。

遗传雄性不育的可靠系统具有优势。使用胞质雄性不育(CMS)近交系可在一些基因型中避免繁琐的去雄过程。在不存在育性恢复基因的情况下，由于是细胞质而非细胞核、基因组所引起的因素，所以CMS近交系的植物是雄性不育的。因而，该特性只通过母本在玉蜀黍植株遗传，因为仅母本为受精种子提供胞质。来自非雄性不育的另一近交系的花粉使CMS植株受精。来自第二近交系的花粉可能会，也可能不会贡献使杂种植物成为雄性可育的基因。通常，必须混合来自去雄正常玉蜀黍的种子和相同杂种的CMS生成的种子，才能保证足够的花粉负荷在种植杂种植物时可用于受精，并且确保细胞质多样性。

对于CMS而言还有其他缺点。其中一个缺点是，历史上观察到CMS的特定变体与对某些作物病害的易感性之间的关联。此问题已经阻碍CMS-T变体在杂种玉蜀黍种子的生产中广泛使用，而且总体来说，已经对CMS在玉蜀黍中的使用产生负面影响。