[发明专利]介导植物雄性生育力的核苷酸序列以及使用其的方法

说明书

发明背景

杂交植物育种的发展使得生产出的作物品质和数量都可能有相当 的进展。因为杂交流程的使用，使得增加的产量和想要的特征(例如对 疾病和昆虫的抗性、耐热性和耐旱性以及植物组成的变化)组合都成为 可能。通常，这些流程很依赖于提供向雌性亲本贡献花粉的雄性亲本， 以生产出由此得到的杂交体。

通过利用了植物授粉方法的优点的技术，来对田间作物进行育种。 如果来自一朵花的花粉被转移到同一植株的同一朵或另一朵花上，那么 就是在对该植株进行自花授粉。如果花粉来自不同植株的花，那么植物 就被异花授粉了。

在Brassica中，植株通常是自身不育的，其仅能被异花授粉。在自 花授粉的物种(例如大豆和棉花)中，雄性和雌性植株处于解剖学上的 并置关系。在天然授粉期间，给定的花的雄性繁殖器官对同一朵花的雌 性繁殖器官授粉。

玉米植株(Zea mays L.)展现出独特的情形，它们既可通过自花授 粉技术也可通过异花授粉来繁育。玉米在同一植株上具有位于雄穗 (tassel)上的雄花和位于耳穗上的雌花。其可自花授粉或异花授粉。当 风将花粉从雄穗吹到从初始(incipient)耳穗顶端突出的穗丝上时，玉 米中就发生了天然授粉。

控制植株生育力的可靠方法将为改进植物育种提供机会。这尤其可 用于开发玉米杂交体，其依赖于某种雄性不育系统，并且其中，雌性不 育系统将降低生产成本。

对玉米杂交体的开发需要开发纯合的近交系，杂交这些近交系，并 且对杂交加以评估。谱系育种和轮回(recurrent)选择是用于从种群开 发近交系的两种育种方法。育种程序将来自两个或多个近交系或多种基 础广泛的来源的目标性状组合进育种库，通过自交和对目标表型的选择 从所述库中开发出新的近交系。杂交体玉米品种是两种此类近交系的杂 交，每种都可能具有另一种所缺乏的一种或多种目标特征，或补足另一 种的一种或多种目标特征。将新的近交系与其它近交系杂交，对从这些 杂交获得的杂交体加以评估，以确定出具有商业潜能的那些。第一代的 杂交体后代被命名为F₁。在对杂交体的开发中，仅考察F₁杂交体植株。 F₁杂交体比其近交系亲本更健壮。这种杂交体的健壮或者杂种优势可以 多种途径体现，包括增加的营养生长和增加的产量。

可通过包括人工去雄(detassel)在内的雄性不育系统来产生杂交体 玉米种子。为产生杂交体种子，从正在生长的雌性近交亲本(其可与雄 性近交亲本以多种不同的排列图案种植)除去雄穗。随后，只要对外来 玉米花粉来源进行了足够的分离，雌性近交系的耳穗将仅被来自雄性近 交系的花粉受精。得到的种子因此是杂交体(F₁)，其将形成杂交体植 株。

植物开发中的环境变化可能导致在对雌性亲本的人工去雄完成后 植株又雄穗化。或者，去雄者可能没有完全除去雌性近交植株的雄穗。 在任何事件中，结果是雌性植株将成功脱落花粉，一些雌性植株将被自 花授粉。这将导致随着正常生产的杂交体种子收获雌性近交系种子。雌 性近交系种子生产力不如F₁种子。此外，雌性近交系种子的存在对生产 杂交体的公司来说可能代表着种质安全风险。

或者，可通过机器对雌性近交植株去雄。机械去雄和手工去雄的可 靠性基本相同，但更快并且成本更低。然而，较之手工去雄，大多数去 雄机器会对植物造成更多的伤害。因此，目前没有令人完全满意的去雄 形式，人们仍需要替代方法，以进一步降低生产成本，消除杂交体种子 生产中的雌性亲本自花授粉。

可靠的遗传雄性不育系统提供了好处。通过使用胞质雄性不育 (CMS)近交系，在一些基因型中得以避免繁重的去雄过程。在不存在 生育力恢复基因时，CMS近交系的植株是雄性不育的，这是来自胞质基 因组而非细胞核基因组的因子的结果。因此，该特征在玉米植株中排他 性地通过雌性亲本遗传，因为仅雌性向受精种子提供胞质。用来自并非 雄性不育的另一近交系的花粉来使CMS植株受精。来自第二近交系的 花粉可或可不贡献使得杂交体植株雄性可育的基因。通常，来自经去雄 的正常玉米的种子和同一杂交体的CMS生产的种子必须被掺合，以确 保在杂交体植株生长时有足够的花粉负载用于受精以及确保胞质多样 性。