[发明专利]利用Ubi-ZmMs1创制矮杆玉米自交系的方法与应用

说明书

本发明公开了一种利用组成型启动子Ubiquitin和雄花发育基因ZmMs1构建体创制玉米矮杆自交系的技术体系并应用于玉米农业生产的方法。该构建体包含两种基因表达盒：导致玉米获得矮杆表型的基因表达盒和除草剂抗性表达盒。将所述构建体导入玉米愈伤组织，可获得玉米转基因矮杆株系，具体表现为节数不变，节距缩短。利用回交转育和分子标记辅助选择的技术方法，可快速实现广泛优良遗传背景下矮杆自交系的创制，在玉米育种和农业生产中具有重要的应用价值。

技术领域

一般地，本发明属于分子设计育种和植物基因工程领域。具体涉及一种玉米育性相关转录因子ZmMs1通过组成型表达可创制矮杆玉米自交系，在提高单产方面具有重要的应用价值。

背景技术

玉米是重要的粮饲兼用经济作物和能源作物，也是我国种植面积最大的农作物。进一步提高玉米单产仍是当前玉米育种的主要目标，而提高玉米的种植密度是提高玉米产量的重要技术手段。但密植是一把“双刃剑”，在带来高产的同时，也增加了倒伏的风险。矮杆玉米具有抗倒伏、改善株型结构、提高群体光能利用率等优点，在提高玉米种植密度获得高单产方面具有重要的应用价值。

20世纪初，科学家就发现了可以控制作物株高的矮化基因。1935年，Emerson发现了玉米br2基因，它是玉米矮化的主效基因，也是目前应用最广泛的基因。br2基因会使玉米节间显著缩短，尤其是果穗下部节间位点越低，缩短越显著。矮化基因的应用，大大提高了作物的产量。20世纪60年代，我国开始玉米矮化育种的研究，研究人员从品种间杂交种“东风一号”的自交后代中发现了矮生植株，随后选育出了“南矮1号”、“龙696”、“寨金75”等矮生系。

玉米的株高由茎长度和节间数决定，在玉米的一定生长期内，缩短节间长度可以有效的降低玉米的高度。按株高的遗传特点可以分为多基因体系和单基因体系。多基因矮杆体系是由多个微效基因的累积效用组成，属于数量性状遗传，易受外界环境条件的影响。目前世界上已经培育出多个多基因矮生体系玉米自交系及杂交种，如齐31，M14，武202，矮广7，种质5003及其姊妹系5005。单基因矮杆体系是由一个主效矮生基因引起玉米植株降低的体系，不受外界环境的影响，能够稳定遗传。现在已经报道的与玉米株高相关的基因大多为隐性，只有少数几个为显性基因。

通过分子设计育种可以大大提高育种效率。ZmMs1是玉米花粉发育过程中参与小孢子细胞壁发育过程的转录因子，对小孢子细胞壁起负调控作用，该基因的突变能够导致小孢子凋亡和雄花败育。本发明提供了一种利用ZmMs1基因的组成型表达实现广泛的具有优良遗传背景玉米自交系的矮杆材料的创制方案，在提高玉米单产方面具有重要的应用价值。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种基于组成型启动子调控育性相关基因ZmMs1的载体（构建体）创制玉米矮杆自交系的技术方案。具体为，通过一种玉米育性相关转录因子ZmMs1在野生型玉米自交系中组成型表达，获得矮杆玉米材料。通过本发明专利提供的方法，可实现广泛的具有优良遗传背景的玉米矮杆自交系的创制，在提高玉米单产方面具有重要的应用价值。

本发明所述的载体是含有两种不同类型表达盒的元件，这些功能元件的组装和表达，使转化植株表现为矮杆表型。

本发明所述的两种不同类型表达盒元件，包含组成型启动子下玉米育性相关基因的表达盒和除草剂抗性基因表达盒。（1）具体地，玉米育性基因的表达盒中，从上游至下游依次包括组成型表达启动子、育性相关基因和终止子。进一步地，上述育性基因即玉米ZmMs1基因，上述启动子是组成型启动子Ubiquitin；（2）除草剂抗性基因表达盒为35S启动子驱动Bar基因的表达盒，终止子是35S终止子。其中，35S启动子来自花椰菜花叶病毒基因组的增强子区（Franck et al., Cell (1980)21:285-294）。