[发明专利]控制水稻育性的基因及其编码蛋白和应用

说明书

技术领域

本发明属于植物育性基因领域。具体涉及一种控制水稻育性的基因及其编码蛋白；以及涉及该基因突变产生的一个单隐性核不育基因；此外，还涉及利用RNAi技术控制所述水稻育性基因的表达获得水稻不育系的方法

背景技术

水稻是自花授粉作物，长期以来水稻品种的改良主要依赖杂交育种方法，但是由于人工去雄和杂交技术的限制，通常只能利用少数亲本进行杂交，亲本来源范围窄，导致品种遗传基础日渐狭窄，难以育成突破性的品种。水稻的主要农艺性状多为微效多基因控制的数量性状，轮回选择育种方法可以打破不利基因的连锁，增加优良基因的积累，因而是扩大遗传基础，育成突破性品种的重要手段，但是由于人工去雄困难等限制，使轮回选择育种方法在自花授粉作物上的应用受到限制。而核不育基因的发现为自花授粉作物应用轮回选择育种方法提供了可能。Gilmore提出将核不育材料应用于自花授粉作物的轮回选择(Gilmore，E.C，Jr.Crop Sci，1964.4：323-325)。Fujimaki提出将核不育材料用于水稻的轮回选择(Fujimaki.H，S等.Japan.J.Breed.1977.27：70-77)。Lkehashi详细描述了将核不育用于水稻于轮回选择的方法(Lkehashi H.Japan.J.Breed，1980，31：205-209)。

利用现有的水稻隐性雄性核不育进行水稻轮回选择育种存在的主要问题是：(1)群体的总体性状受隐性核不育基因供体材料遗传背景的影响大，容易导致群体的遗传类型和性状表现单一，难以育成优良品系；(2)带有隐性核不育基因株系的选择或剔除是依据后代的自然分离进行，费时且工作量大，效率低。因此，需要寻找新的用于水稻轮回选择的隐性核不育类型进行水稻的轮回选择，并结合分子生物学技术对隐性核不育基因进行早期鉴定，减少工作量。

被子植物花药的发育包括花药的分裂与花粉粒的发育。成熟的花药包括表皮、内皮层、中层以及绒毡层四层细胞。花药和花粉壁的正常发育对植物育性非常重要。目前在水稻中报道与花药以及花粉壁发育相关的基因有WDA1、PTC1、OSC6、TDR、UDT1、GAMYB、CYP704B2、DPW、OsRaftin1等。这些基因的突变体在细胞学上表现为花药表皮蜡质层和花粉壁都缺失，或表现为花粉壁缺失，这些突变体最终都表现为雄性不育。

ABC(ATP binding cassette)转移蛋白是广泛存在于动植物中的一个非常大、多样性丰富的基因家族。其主要功能是直接参与大量分子的跨膜运动。在植物中ABC转移蛋白尤其丰富，比如拟南芥和水稻中分别有编码ABC转移蛋白130个和132个，这些转移蛋白分别属于不同的亚家族。其中ABCG亚家族是在水稻和拟南芥中最大的ABC转移蛋白亚家族，该家族成员都是编码半分子量转移蛋白，其必须与另外的半分子量转移蛋白相互作用才能形成一个有功能ABC转移蛋白。在植物中ABC转移蛋白的底物具有很高的多样性，包括铁、脂肪酸、荷尔蒙等(Rea PA.Annual Review of Plant Biology.2007.58(1)：347-375。Jasinski M等.Biochim Biophys Acta.2003.1465(1-2)：79-103)。ABCG亚家族中已有6个家族成员被报道了相关功能。在拟南芥中ABC11/COF1，ABCG12/CER5，ABCG13 and ABCG26参与脂肪酸转移。另外两个STAR1和STAR2与水稻耐铝相关，可能是参与铝离子的转移(Huang CF等.The Plant Cell.2009.21(2)：655-667)。但是与育性相关的功能尚未见报道。

四川农业大学于1988年发现了一个水稻单隐性核不育材料(该核不育材料在本发明中被称为H2S或H₂S，是指同一核不育材料)，显微观察发现在小孢子时期，该不育材料绒毡层未表现明显的降解，而小孢子表现出明显的降解，最终导致成熟时期突变体无花粉；电镜观察发现成熟时期该不育材料花药表皮细胞无角质层以及蜡质层的堆积，以及缺失花粉外壁与乌氏体结构(王玉平，2007年博士论文，四川隐性核不育水稻的遗传研究与育种利用；李园园，2008年硕士论文，水稻雄性不育突变体的细胞学研究及遗传分析)。经过研究将该基因初步定位于第6染色体的W11和W19两个Indel标记之间；专利申请《利用隐性核不育材料进行籼稻轮回选择育种的方法》(申请号为：200910250526.4)中公开了将该单隐性核不育材料在水稻轮回选择育种中的应用，并育成了一些突出优良的品种。