水稻雌性不育基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于遗传育种领域，具体涉及一种水稻雌性不育基因及其应用。
【背景技术】
[0002] 有关植物雌雄配子体发育的分子生物学研宄，在拟南芥和玉米中已有了初步认 识，为植物生殖发育的研宄提供了理论基础。水稻因其基因组小、序列已知且易于实现农杆 菌转化等特征，将其作为模式植物进而研宄其配子体的发育，在了解其配子体发育的基因 调控和杂种优势的固定以及农业生产上的应用都有着重要意义。已有研宄克隆了拟南芥和 玉米中的调控雌配子发育的基因。Wilson等（2004)对整个配子体发育过程的基因调控做 了总结。
[0003] 鉴定和克隆水稻雌性不育新基因，对了解植物生殖细胞分化和配子体形成的遗传 机理和信号调控有着重要的意义。
[0004] 此外，目前水稻杂种优势利用已经从"三系"发展到"两系"，杂交水稻组合制种以 手工种收为主，与水稻大面积栽培的机种机收现状存在极大的反差，从而导致杂交稻种子 成本居高不下，严重制约着杂交水稻的应用与发展。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种水稻雌性不育的基因及其应 用，从而为NB-ARC基因家族的功能增添了新的内容，对研宄NB-ARC基因家族的进化与功能 具有特别重要的意义，并且可以将该水稻雌性不育基因用于杂交水稻制种，实现杂交水稻 制种的机械化。
[0006] 除非特别指明，本文中的"fms 1"均指"水稻雌性不育突变体"。
[0007] 除非特别指明，本文中的"FMS1"均指"水稻雌性不育基因"。
[0008] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0009] -方面，本发明提供一种水稻雌性不育的蛋白质，所述的蛋白质为SEQ ID NO: 1所 示氨基酸序列的蛋白质，编码1548个氨基酸。
[0010] 还一方面，本发明提供一种本发明所述的蛋白质的编码基因，该基因发现于水稻 雌性不育突变体中，命名为水稻雌性不育突变体fmsl，遗传分析表明突变体fmsl的雌性 不育性状由一对隐性核基因控制，导致雌性不育的原因是胚囊在较早的时期发育停止，通 过图位克隆确定了该突变基因位于水稻的第12号染色体上，该基因 FMSl由于FMSl的ORF 编码区发生了 1个碱基替换：第152位碱基由C突变为T，FMSl基因结构分析表明，该基因 具有 5 个外显子，4 个内含子，具有 NB-ARC (Nucleotide-binding, APAF-1, R proteins and CED-4)，是指一类具有特定基因结构的家族。
[0011] 优选地，编码上述蛋白质的基因可以是所述基因的cDNA序列，也可为所述基因的 基因组基因序列。
[0012] 优选地，所述基因的核苷酸序列为SEQ ID NO:2所示的核苷酸序列。
[0013] 另一方面，本发明还提供一种本发明所述的基因在杂交水稻制种中的应用。
[0014] 再一方面，本发明还提供一种构建水稻恢复系的方法，所述方法包括如下步骤：以 水稻三系或两系恢复系为母本，水稻雌性不育突变体fmsl为父本杂交种植，通过轮回杂 交，筛选制得新型恢复系纯合体，所述水稻雌性不育突变体fmsl的基因编码的蛋白质的序 列如SEQ ID NO: 1所示。
[0015] 优选地，所述水稻雌性不育突变体fmsl的基因的核苷酸序列为SEQ ID NO: 2所示 的核苷酸序列。
[0016] 还一方面，本发明还提供一种对本发明所述的构建水稻恢复系的方法构建的水稻 恢复系进行基因型检测的方法，所述方法包括以下步骤：提取恢复系F6代的基因组DNA，采 用标记WXl 204和WXl 205经PCR检测，获得fmsl fmsl基因型的纯合子。
[0017] 优选地，所述InDel标记WX1204的上游引物的序列如SEQ ID N0:21所示，下游引 物的序列如SEQ ID NO:22所示，所述InDel标记WX1205的上游引物的序列如SEQ ID NO: 23 所示，下游引物的序列如SEQ ID N0:24所示。
[0018] 再一方面，本发明还提供一种杂交水稻制种的方法，所述方法包括以下步骤：采用 本发明所述的构建水稻恢复系的方法构建的新型恢复系纯合体为父本，水稻雄性不育系为 母本，父本和母本混播制种，获得杂交后代。
[0019] 优选地，所述父本和母本以1 :8的比例进行种植。
[0020] 本发明的FMSl基因虽然具有NB-ARC结构域，但可能并不是参与调控植物防卫反 应信号传导，而是参与了植物雌配子体的发育途径调控。这一结果为NB-ARC基因家族的功 能增添了新的内容，对研宄NB-ARC基因家族的进化与功能具有特别重要的意义；并且本发 明的FMSl基因用于杂交稻制种，可以降低种子生产成本和确保种子纯度，从而实现杂交水 稻制种的机械化。
【附图说明】
[0021] 图1为fmsl水稻雌性不育突变体和野生型植株的表型分析和细胞学观察结果，其 中，A为突变体植株，B为野生型植株，C为突变体小穗，D为野生型小穗，E为突变体花粉1 % I2-KI染色，F为野生型花粉1 % I2-KI染色，G为突变体的颖花，H为野生型颖花，I为突变 体颖花中的雌蕊和雄蕊，已剥除护颖、外稃、内稃，J为野生型颖花中的雌蕊和雄蕊，已剥除 护颖、外稃、内稃，K为突变体成熟胚囊结构，L为野生型成熟胚囊结构；
[0022] 图2a为FMSl与第12染色体SSR标记RM1261连锁图及该标记下突变体fmslF2群 体中共分离分析结果，其中，显池1为20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的野生型混 合基因池，显池2为另外20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的野生型混合基因池，隐 池1为20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的突变型混合基因池，隐池2为另外20株 fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的突变型混合基因池，1-20分别为fmsl与9311 (或日本 晴）杂交F2单株的基因型；
[0023] 图2b为FMSl与第12染色体SSR标记RM6296连锁图及该标记下突变体fmslF2群 体中共分离分析结果，其中，显池1为20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的野生型混 合基因池，显池2为另外20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的野生型混合基因池，隐 池1为20株fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的突变型混合基因池，隐池2为另外20株 fmsl与9311 (或日本晴）杂交F3的突变型混合基因池，1-20分别为fmsl与9311 (或日本 晴）杂交F2单株的基因型；
[0024] 图3a为FMSl与第12染色体SSR标记WX1204连锁图及突变体fmsl的F2群体中 共分离分析结果，其中，显池为20株fmsl与日本晴杂交F3的野生型混合基因池，隐池为20 株fmsl与日本晴杂交F3的突变型混合基因池；
[0025] 图3b为FMSl与第12染色体SSR标记WX1205连锁图及突变体fmsl的F2群体中 共分离分析结果，其中，显池为20株fmsl与日本晴杂交F3的野生型混合基因池，隐池为20 株fmsl与日本晴杂交F3的突变型混合基因池；
[0026] 图4为FMSl基因遗传图和物理图，A为FMSl初定位的结果，在第12染色体上， 494个突变体表型株，横线上方标明相对应的SSR分子标记与目的基因位置的重组个体数， 横线下方是分子标记所在的GenBank登录号；B为精细定位的结构，设计Indel分子标记进 行FMSl精细定位，C为染色体FMS 1的区域；
[0027] 图5a为两系恢复系931IX fmsl的F6代通过PCR获得的68株fmsl fmsl基因型 的纯合子的结果；
[0028] 图5b为两系恢复系9311 Xfmsl的F6代按照制种父母本1 :8种植成制种小区的 结果；
[0029] 图5c为两系恢复系9311 X fmsl的F6代成熟时的父本，其中A为单株的父本，B为 A中植株上的一个稻穗。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过具体实施例对本发明做进一步详细描述，但不因此限制本发明的范围。
[0031] 除非特别指明，以下实施例中所用的试剂均为分析纯级别，且可从正规渠道商购 获得。
[0032] 实施例1突变体fmsl的表型分析
[0033] 1.突变体的获得
[0034] 2007年夏季在浙江省农业科学院余杭试验农场，在杂交籼稻恢复系（Oryza sativa L. subsp. Indica)选种发现水稻株系4