[发明专利]一种美洲黑杨促雄基因MmS及其应用

说明书

本发明公开了一种美洲黑杨促雄基因MmS及其应用，属于植物基因工程技术领域。本发明公开的美洲黑杨雄性特异的促雄基因MmS不编码蛋白，而是作为miRNA海绵吸附miRNA，通过降低所吸附的自由miRNA的浓度，从而使下游靶基因表达量上调。MmS基因在杨树雄株中以半合子的形式存在，仅存在于Y染色单体上，X染色单体不含该基因。促雄基因使杨树雄株雄花发育，而杨树雌株不含该基因，所以杨树雌株的雄性花器官不发育。杨树雄株达到性成熟年龄后会产生大量花粉，造成严重环境污染，在杨树雄株中敲除MmS基因，可以培育不产生花粉的杨树新品系，也可在植物中导入该基因，促进雄花发育，该基因在杨树育种中具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，更具体地说，涉及一种美洲黑杨(Poplusdeltoides)促雄基因MmS及其应用。

背景技术

植物性染色体起源假说认为，性染色体起源于一对常染色体。性染色体的进化是从该对常染色体的一条染色体上发生了一个雄性或者雌性不育突变开始。植物性染色体起源假说认为，性染色体起源于一对常染色体。性染色体的进化是从该对常染色体的一条染色体上发生了一个雄性或者雌性不育突变开始，由于某种未知原因造成突变部位的重组受到抑制，非重组区域逐渐扩展最终形成异型的性染色体。雌雄异株植物比近缘的雌雄同株植物在进化上出现的时间更短，雌雄异株植物是由雌雄同株植物进化而来。理论上植物性由雌雄同株进化为雌雄异株涉及两个功能相反的基因，即抑雌基因和促雄基因，这两个基因独立作用于雌花或雄花的发育。

近年来，对植物性别基因克隆研究取得了一定进展，如2014年SCIENCE杂志上发表了柿子的性别决定基因OGI，该基因是一个Y特异的半合子，编码一个miRNA，其调控的靶基因是位于常染色体上的MeGI基因，MeGI基因编码一个具有同源异形结构域的、调控花药育性的转录因子。因此柿子雌性性别的发生是由位于Y染色体上OGI基因编码的miRNA，对位于常染色体上的靶基因MeGI的抑制引起的。但柿子中仅发现了一个性别调控基因，论文的作者认为柿子中可能还存在另外一个没有被发现的性别决定基因。另外，2017和2018年发表的对芦笋和对弥猴桃性别分化的研究，分别发现了两个性别决定候选基因，且基因功能研究结果显示两个性别决定基因相互独立且功能相反，分别作用于雌性或雄性花器官发育。芦笋和弥猴桃均为假性雌雄异株，即雌花和雄花分别具有相反性别花器官的正常结构，但两个性别决定基因分别使相反性别的花器官败育，导致了雌雄分化。这两种植物的性别分化在花发育早期没有明显差异，雌雄性别的差异是在花发育的后期出现的。

杨树为典型的雌雄异株植物，雄花和雌花都没有相反性别的花器官发育。杨树花芽发育过程的动态观察显示，杨树虽然在早春开花，但石蜡切片显微观察发现，杨树花芽分化在上一年的6月份就已经完成。因此，杨树性别决定基因在花发育早期即产生作用，分别决定雌花和雄花原基的形成。以往开展的细胞学观察研究发现，杨树基因组中都没有形态上有显著差异的性染色体，其性染色体尚处于进化的早期阶段。虽然杨树的性别二型性主要表现在花器官的形态差异上，但有很多研究发现杨树的雌、雄株在环境适应性、生长速度和生物量产量性状上存在显著差异。性别对生长性状有显著影响，雄株总体上优于雌株。雌株达到性成熟后会产生大量飞絮，造成严重的空气污染，已引发越来越多的社会关注。而杨树雄株达到性成熟年龄后会产生大量花粉，造成严重环境污染。因此，利用杨树植树造林或绿化，应充分考虑性别的重要影响，但杨树的性别决定基因一直未被克隆和确定。

杨树分布广泛，生长迅速，高大挺拔，用途很广，是重要的人工林造林树种，其木材主要用于工业用材，已成为胶合板、纤维板、造纸等行业重要加工原料。我国是世界上杨树栽培面积最大的国家，杨树人工林面积已达853万公顷(第八次全国森林资源清查结果)。由于杨树的童期很长，长达6～7年，阐明其性别调控分子基础，对杨树性别早期鉴定及分子育种具有重要应用价值，有助于对不同性别的杨树资源加以开发和利用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种美洲黑杨促雄基因MmS。本发明所要解决的另一技术问题在于提供前述美洲黑杨促雄基因MmS的应用方法。