[发明专利]一种玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子标记和应用

说明书

本发明属于玉米分子育种和生物技术领域，公开了一种玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子标记和应用。所述玉米雄性不育基因ms54的序列为：包含玉米雄性不育基因ms54的功能性分子标记。玉米雄性不育基因ms54在控制玉米小孢子发育及花粉育性中的应用。本发明的Ms54是一个与之前报道的雄性不育基因都不属于同一类，是一个全新功能的蛋白。Ms54突变后不仅影响花粉母细胞的减数分裂过程，也在花粉成熟过程中有重要的调控作用。因此，对已有雄性不育突变体ms54的克隆及功能解析，可以拓展人们对雄性不育产生原因的认识，也有助于进一步解析玉米雄性不育的调控机制。

技术领域

本发明属于玉米分子育种和生物技术领域，尤其涉及一种玉米雄性不育基因ms54及其功能性分子标记和应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：玉米(Zea Mays L.)是当今世界最重要的粮食、饲料、能源和工业原料作物，在保障世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机方面作用巨大。作为中国第一大粮食作物，玉米的生产和产量安全已经成为我国关系国计民生的重大问题。玉米是雌雄异花的常异花作物，杂种优势的利用是提高玉米产量行之有效的手段之一。雄性不育是一种在被子植物中广泛存在的现象，也是研究作物杂种优势利用的重要农艺性状。在玉米中已经有超过200个的细胞核雄性不育突变体的报道，但是仅有十多个基因被克隆，而且大部分基因的作用机理研究目前也不是清楚。

(1)玉米细胞核不育研究进展。

雄性不育是指植物在有性生殖过程中不能产生正常的花药、花粉或是雄配子而雌蕊功能正常的遗传现象。在玉米相关研究中发现，育性受到很多因素的影响，包括自然环境条件、辐射、化学药剂处理、营养元素缺陷以及遗传突变等。但是，只有遗传突变引起的雄性不育性状才能稳定遗传，可分为两种类型：细胞质雄性不育(CMS)和细胞核雄性不育(GMS)。

与细胞质雄性不育相对，细胞核雄性不育的遗传机理相对简单而且育性稳定。细胞核雄性不育是指控制花药发育的核基因发生突变导致其雄配子发育异常，通常不受细胞质的影响，表现为孟德尔遗传特点。Male sterility 1是玉米中第一个被发现的无花粉型的雄性不育突变体，之后有超过40个不同类型的雄性突变体被陆续发现，而且大部分突变体都已完成细胞学初步分析(McCormick.1993；柳双双等.2018)。其中，22个表现为减数分裂前花药发育缺陷，13个减数分裂过程异常，7个属于减数分裂后花药发育异常。遗传学分析发现，这些基因中除了ms41、ms42和ms44表现为显性遗传外，其他都由隐性基因控制。随着生物技术的快速发展、技术手段的革新和全基因组测序的完成，部分核不育基因相继被克隆并展开了一定的应用研究。据不完全统计，目前有报道的完成克隆和功能解析的基因数目至少有17个，即ms1、ms7、ms8、ms9、ms22、ms23、ms26、ms30、ms32、ms33、ms44、ms45、ocl4、mac1、msca1、ipe1、apv1。其中有6个是转录因子类蛋白，6个与脂质代谢相关，1个与糖代谢相关，2个参与信号响应途径，1个与生物碱合成相关。而对于核不育基因应用的研究，目前主要有两种策略：其一是采用诱导型启动子驱动育性恢复基因(Ms)转化为隐性核不育系(Feng et al.2014)；其二是一种新型的杂交种子生产技术体系(Seed productiontechnology,SPT)，最早是由美国杜邦先锋公司研发的。另外，我国万向元团队也成功克隆了玉米隐性核不育基因Ms7/Ms30并研制了一种新型的“玉米多控不育”技术体系。利用两个花粉降解基因(ZmAA和Dam)保障转基因花粉完全败育，同时增加一个抗除草剂基因(Bar)，有效保障转基因保持系和非转基因不育系制种的精准度。这种高效且精准的杂交育种技术体系的创制不仅弥补了我国玉米杂交育种新技术体系的空缺，也必将为我国玉米种业乃至国家粮食安全提供技术支撑。可见，更多的控制玉米核不育基因的克隆和作用机理解析不仅能够增加人们对玉米花药发育及种质创新的认识，也是我国玉米种业技术革新的保障。

(2)Ms54参与玉米花粉育性调控。