一种育性调控基因fg3及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术领域，具体涉及植物杂交育种方法，包括不育系繁殖和杂交 种子制备，更具体地涉及一个育性基因 FG3及其突变体及其在杂交育种中的应用。 技术背景
[0002] 杂交育种是提高农作物生产的有效途径，杂交种通常比常规种具有明显的产量、 抗性和适应性优势，杂交种的选育通常也比常规种选育周期短、见效快。目前杂交育种已经 成为许多作物的主要育种方法。
[0003] 作物雄性不育系的选育是杂交育种的关键环节。雄性不育系是雄配子发育缺陷、 雌配子发育正常的植物个体，作为母本接受来自父本的花粉。雄性不育系的选育需要考虑 几个因素：1、杂交配组：不育系与相应的父本植物组合产生具有优良性状的杂交后代；2、 不育系的繁殖：不育系能在一定条件下恢复育性使其得到保持；3、不育系自身繁殖以及杂 交制种效率：好的不育系必须易于繁殖，而且杂交制种产量高。目前用于水稻杂交育种的雄 性不育系包括细胞质不育系和细胞核不育系。细胞质雄性不育杂交育种体系涉及雄性不育 系、恢复系和保持系，即所谓的三系法。三系杂交需要有特定的恢复系和保持系，不但制种 过程复杂，还大大限制了杂种优势对不同品种资源的利用。与三系法对应的二系法利用核 基因控制的不育系和该不育系在特定生长环境条件下恢复育性的特点，使恢复系和保持系 合二为一。与"三系法"相比，"两系法"具有明显的优势，既省去了保持系而简化了杂交种 子的生产程序，且大大扩展了父本的选择范围，可以将各种优良性状组合到杂交后代中。
[0004] 用于两系杂交的不育系的关键特性是：在一定的条件下不育系保持不育性，可用 于杂交制种；而条件改变时不育系可恢复育性自身繁殖，达到保持该不育系的目的。目前两 系杂交中采用的不育系多为光温敏不育系，其育性受温度和光照变化影响，这些环境因素 的不稳定会影响不育系的稳定性，导致自交结实，降低了杂交种子的纯度，从而使制种风险 增加。而且利用目前技术所能选用的用于两系杂交的不育系十分有限，比如粳稻品种中几 乎没有很好的两系杂交组合，限制了品种资源的充分利用。
[0005] 为了解决目前水稻杂交种育种方法中存在的缺陷，如不育系的稳定性、杂交品种 资源的局限性、制种技术复杂、制种成本高等技术瓶颈，人们正在尝试新的杂交育种技术， 新型的杂交育种技术将充分利用隐性核基因控制的雄性不育基因，构建育性稳定不受环境 影响的不育系，解除环境因素对杂交育种的制约，消除生产上的潜在风险；同时，所利用的 隐性核不育基因应该适用于绝大多数品种，使杂种优势资源利用大幅提高，解决杂种优势 的资源利用问题；本发明即提供了一种作物育性基因以及基于该基因突变所产生的雄性不 育系，该不育系的育性稳定、不受环境条件影响、能够被野生型转基因恢复。该基因以及该 基因突变产生的不育系为构建新型杂交育种体系提供了必要的元件。
[0006] 发明简述
[0007] 本发明提供了一种DNA序列，所述DNA序列具有调控植物育性的功能，其特征在 于，所述DNA序列选自下列组的序列之一：
[0008] a)具有SEQ ID NO :1或5所示的核苷酸序列；
[0009] b)具有SEQ ID NO : 10或11所示的核苷酸序列；
[0010] c)具有SEQ ID NO : 13或14所示的核苷酸序列；
[0011] d)具有SEQ ID NO : 16或17所示的核苷酸序列；
[0012] e)具有SEQ ID NO : 19所示的核苷酸序列；
[0013] f)具有SEQ ID NO :21或22所示的核苷酸序列；
[0014] g)在严格条件下能够与（a)-(f)之任一所述序列的DNA杂交的DNA序列；或
[0015] h)与（a)-(g)之任一所述序列互补的DNA序列。
[0016] 上述DNA序列编码的氨基酸序列如SEQ ID NO :2、6、12、15、18、20或23所示。
[0017] 本发明还提供了一种表达盒，其特征在于所述表达盒包含上述的DNA序列。
[0018] 本发明还提供了一种表达载体，其特征在于所述表达载体包含上述的表达盒。
[0019] 本发明还提供了一种工程菌，其特征在于所述工程菌包含上述的表达载体。
[0020] 本发明还提供了一种基因在植物育性调控中的应用，其特征在于，所述育性调控 基因的核苷酸序列选自下列组的序列之一：
[0021] a)具有SEQ ID NO :1或5所示的核苷酸序列；
[0022] b)具有SEQ ID NO : 10或11所示的核苷酸序列；
[0023] c)具有SEQ ID NO : 13或14所示的核苷酸序列；
[0024] d)具有SEQ ID NO : 16或17所示的核苷酸序列；
[0025] e)具有SEQ ID NO : 19所示的核苷酸序列；
[0026] f)具有SEQ ID NO :21或22所示的核苷酸序列；
[0027] g)在严格条件下能够与（a)-(f)之任一所述序列的DNA杂交的DNA序列；或
[0028] h)与（a) - (g)之任一所述序列互补的DNA序列。
[0029] 本发明还包括一种通过突变育性调控基因 SEQ ID N0:l、5、10、ll、13、14、16、17、 19、21或22获得雄性不育材料的方法。
[0030] 本发明中所述的"突变"包括在育性调控基因的核苷酸序列上进行取代、缺失或添 加一个或多个核苷酸。
[0031] 本发明还提供了一种恢复由相应的SEQ ID NO: 1、5、10、11、13、14、16、17、19、21 或 22所示基因突变所导致的雄性不育，使雄性不育突变体恢复成可育的方法。
[0032] 本发明还包括一种突变体材料的应用，其特征在于所述突变材料是由核苷酸序列 的突变所造成，所述核苷酸序列如SEQ ID N0:l、5、10、ll、13、14、16、17、19、21或22所示。
[0033] 上述"突变"可以是点突变，也可以是DNA缺失或插入突变，也可以是通过RNAi、定 点突变等基因沉默手段产生。
[0034] 本发明还提供了将上述材料和DNA序列应用于育种中的方法，更具体地所述应用 是指将突变体植株作为不育系母本，与恢复系杂交，生产杂交种子。
[0035] 本发明还提供了一种启动子，所述启动子具有花药特异表达的特性，其核苷酸序 列如SEQ ID NO :3或9所示，本发明还包括包含上述启动子的表达盒、载体和/或工程菌 株。
[0036] 本发明还提供了一种在植物中表达目的核苷酸序列的方法，所述方法包括向植物 体导入DNA构建体，所述DNA构建体含有启动子及操作性连接于所述启动子的目的核苷酸 序列，其中所述启动子的核苷酸序列如SEQ ID NO :3或9所示。
[0037] 所述的"目的核苷酸序列"可以是结构基因、调苄基因、结构基因的反义基因、调节 基因的反义基因或者能够干扰内源基因表达的小RNA，其在花粉发育晚期的特异性表达可 以调节花粉的育性及花粉萌发。
[0038] 本发明还包括上述DNA序列和或启动子在以下（a)至（d)中任一项中的应用：
[0039] (a)培育植物品种或品系；
[0040] (b)培育授粉受精能力增强的植物品种或品系；
[0041] (C)培育授粉受精能力消弱的植物品种或品系；
[0042] (d)培育雄性不育植物品种或品系。
[0043] 本发明还提供了一种用于保持雄性不育植株的纯合隐性状态的方法（详细方法 可参阅PCT专利PCT/CN2013/086657)，所述方法包括：
[0044] a)提供第一植株，其包含FG3基因的纯合隐性等位基因，并且其是雄性不育的；
[0045] b)向第一植株中引入下述构建体，形成第二植株，所述第二植株包含FG3基因的 纯合隐性等位基因和所述构建体，且构建体在第二植株中为半合状态，所述构建体包含：
[0046] i)第一核苷酸序列，其包含FG3核苷酸序列，当在第一植株中表达时其将恢复雄 性生育力；
[0047] ii)第二核苷酸序列，当其表达时，会抑制所述第二植株中可育雄性配子的形成或 功能，具体为花粉失活基因 ZM-PA ;以及
[0048] c)用所述第二植株的雄性配子使所述第一植株受精，以产生保持了所述第一植株 纯合隐性状态的后代。
【附图说明】
[0049] 图I Osfg3突变体和野生型黄华占小花形态。
[0050] 图2 Osfg3突变体和野生型黄华占花药形态。
[0051] 图3 0sfg3突变体和野生型黄华占花粉染色分析。
[0052] 图4 0sfg3突变体和野生型黄华占雌器官形态比较。
[0053] 图5 Osfg3突变体柱头外露情况，箭头指露出的柱头。
[0054] 图6为0sfg3突变体和野生型黄华占叶片毛状体比较，箭头指叶片毛状体。
[0055] 图7为0sfg3突变体和野生型黄华占内稃毛状体比较，箭头指内稃毛状体。
[0056] 图8为黄华占0sFG3、0sfg3突变体和日本晴0sfg3的cDNA序列比对结果，其中 HHZ表示黄华占0sFG3序列，Mutant表示Osfg3突变体序列，Nip