水稻雄性育性控制基因GMS5、其突变体及分子鉴定方法和应用与流程

本发明涉及基因工程，尤其涉及水稻雄性育性控制基因gms5、其突变体及分子鉴定方法和应用。

背景技术：

1、杂种优势是杂交后代在一种或多种性状上超越双亲的现象，普遍存在于生物界中。农作物杂种优势利用是农业增产重要手段，杂种优势利用产业化的核心在于母本的雄性不育性。植物雄性不育突变是自然界中十分普遍的现象，在遗传上植物雄性不育分为细胞质雄性不育、核质互作雄性不育和细胞核雄性不育三大类。

2、细胞质雄性不育是由细胞质基因控制，并没有相对应的核恢复基因，属母性遗传，在生产上应用价值不大。核质互作雄性不育类型只有细胞核含有特定恢复基因的恢复系与不育系杂交后才能恢复杂交种育性，从而生产杂交水稻种子，所受影响因素较多，种质资源利用率较低，且细胞质的同质化也具有潜在病虫害风险。在生产应用中受到较大的限制。

3、细胞核雄性不育中的隐性核雄性不育其雄性育性仅受一对隐性核基因控制，不受光温环境影响；雄性不育性稳定，且基本不受恢保关系制约，因此具有较大的应用前景，但其保存和繁殖目前较为困难，且除雄性育性外其他性状基本不受影响的优良隐性核雄性不育系较少，因此，寻找新的优良雄性不育突变体与相应的恢复基因及其制种方法依然是作物育种上的重要研究课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供水稻雄性育性控制基因gms5、其突变体及分子鉴定方法和应用。

2、第一方面，本发明提供一种dna片段，具有调控植物雄性育性的功能，所述dna片段的序列为以下任一：

3、1)具有seq id no.1-2或seq id no.4-18所示的核苷酸序列；或

4、2)在严格条件下能够与1)中任一序列的dna杂交的dna片段；或

5、3)与1)-2)任一所述序列互补的dna片段；或

6、4)在1)-3)任一所述序列的基础之上，经过一至数个碱基替换和/或一至数个碱基的插入和/或缺失以及大片段的核苷酸序列插入/缺失/易位/倒位所形成能够影响植物雄性器官生育能力的dna片段；或

7、5)与1)-3)任一所述序列的dna片段具有85％以上的同一性且编码植物雄性育性相关蛋白的dna片段。

8、第二方面，本发明提供上述dna片段编码的蛋白，所述蛋白为：

9、1)seq id no.3所示的氨基酸序列组成的蛋白；

10、2)将seq id no.3经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有调控植物雄性育性活性的蛋白。

11、第三方面，本发明提供一种生物材料，所述生物材料含有上述的dna序列，所述生物材料为表达盒，表达载体、工程菌、或转基因细胞系，所述转基因细胞系不能繁殖为植物。

12、第四方面，本发明提供一种突变体材料，所述突变材料是由核苷酸序列的突变所造成，含有该突变后核苷酸序列的植株表现为雄性不育，所述核苷酸序列如seq id no.1所示，所述的突变为为水稻第2染色体上3,868,115-3,872,945bp处第3,868,922位的碱基t缺失，导致gms5基因翻译提前终止。

13、本发明首先对籼稻品种93-11种子(m0代)进行钴60辐射诱变处理，种植处理的种子获m1代植株；m1代植株自交产生种子(为m2代)，种植m2代植株，对m2代植株进行形态学，组织学和遗传学鉴定，筛选不育植株；然后对不育植株进行基因组重测序等生信分析及图位克隆，获取关联基因后对dna进行序列分析，在分子水平上进行验证。最后获得纯合不育单株，并用于杂交育种和生物技术研究。

14、本发明提供的水稻gms5基因缺失突变体gms5，其为水稻第2染色体3,868,115-3,872,945bp处，在gms5基因第2个外显子中1个碱基缺失，致其氨基酸序列发生移码突变，使得基因完全丧失功能，表现为水稻隐性雄性不育，该突变体命名为gms5。

15、第五方面，本发明还提供上述的dna片段或上述的蛋白或上述的生物材料或上述的突变体材料在以下任一中的应用：

16、(1)在制备转基因植物中的应用；

17、(2)在制备隐性雄性核不育的水稻中的应用；

18、(3)在水稻改良育种、制种中的应用。

19、第六方面，本发明提供普通野生稻(oryza rufipogon griff.)、药用野生稻(oryza officinalis wall.ex watt)、疣粒野生稻(oryza meyeriana(zoll.&moritzi)baill.)、短药野生稻(oryza brachyantha a.chev.&roehr.)、非洲栽培稻(oryzaglaberrima steud.)、野生稻(oryza glumipatula steud.)、南方野生稻(oryzameridionalis n.q.ng)、斑点野生稻(oryza punctata kotschy ex steud.)、尼瓦拉野生稻(oryza nivara sharma et shastry)、短舌野生稻(oryza barthii a.chev.)、小米(setaria italica(l.)p.beauv.)、高粱(sorghum bicolor(l.)moench)、玉米(zea maysl.)、二穗短柄草(brachypodium distachyon(l.)p.beauv.)或大麦(hordeum vulgare l.)的gms5基因或gms5同源基因在植物雄性育性恢复中的应用，所述植物雄性育性恢复为：恢复gms5基因缺失突变体gms5的植物雄性可育。

20、在本发明所提供的上述应用中，所述普通野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.4所示；

21、所述药用野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.5所示；

22、所述疣粒野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.6所示；

23、所述短药野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.7所示；

24、所述非洲栽培稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.8所示；

25、野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.9所示；

26、南方野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.10所示；

27、斑点野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.11所示；

28、尼瓦拉野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.12所示；

29、短舌野生稻的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.13所示；

30、所述小米的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.14所示；

31、所述高粱的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.15所示；

32、所述玉米的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.16所示；

33、所述二穗短柄草的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.17所示；

34、所述大麦的gms5基因或gms5同源基因的核苷酸序列如seq id no.18所示。

35、第七方面，本发明提供检测上述的dna片段或上述的生物材料或上述的突变体材料的分子标记，所述分子标记是由核苷酸序列如seq id no.19-20所示的引物组合扩增得到。

36、上游引物gms5_f1：tgcgatttgcctgcta(如seq id no.19所示)

37、下游引物gms5_r1：gcattagaagcaggcagt(如seq id no.20所示)。

38、第八方面，本发明提供上述的分子标记在制备隐性核雄性不育的水稻中的应用。

39、第九方面，本发明提供检测上述的dna片段或上述的生物材料或上述的突变体材料的方法，通过核苷酸序列如seq id no.19-20所示引物组合扩增待检植物基因组dna，并检测扩增产物：

40、如果扩增出的产物为107bp，则标志着该待检植物gms5基因型为野生型；如果扩增产物为106bp，则标志着该待检植物gms5基因型为突变体gms5；如果扩增产物为107bp、106bp两条带型，则标志着该待检植物gms5基因型为野生型和突变体gms5的杂合基因型。

41、本发明的有益效果在于：

42、(1)本发明的水稻突变体gms5只影响雄性育性，造成雄性完全不育，但对雌性育性和其它主要农艺性状没有影响。

43、(2)本发明提供的水稻突变体gms5为gms5基因缺失1个碱基，使这一基因发生移码突变，翻译提前终止，表现完全雄性不育，不存在其它附加效应的问题。

44、(3)因辐射诱变造成水稻突变体gms5与野生型相比有1bp的基因片段缺失，采用实验室常用的聚丙烯酰胺凝胶电泳page胶就能开展分子检测，即能够实现鉴别，不需要特别的检测技术和方法。

45、(4)本发明首次克隆并鉴定os02g0171100负责水稻的雄性育性，本发明的gms5基因突变体gms5在种质资源改良中筛选效果明显，经济价值巨大。

46、(5)本发明还公开了其他物种的gms5基因及其同源基因在育性调控中的应用；更具体地，采用其他物种的gms5基因及其同源基因，可以对突变体gms5的育性进行恢复。