[发明专利]介导植物生育力的构建体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种介导植物生育力的构建体及其应用，特别是涉及一种包含除草剂抗性基因的介导植物生育力的构建体及其应用。

背景技术

植物杂交育种技术的发展使得作物的品质和数量均有相当程度的提高。由于杂交技术的应用，使得产量增加和预期特征（例如疾病抗性、昆虫抗性、耐热性、耐旱性以及植物组成的变化）的各种组合都成为可能。通常情况下，杂交技术的应用依赖于向母本提供花粉的父本，由此获得杂交种。

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，那么植株就被异花授粉了。水稻通常通过自花授粉进行繁殖，而油菜则是异花授粉。玉米展现出独特的情形，它既可以通过自花授粉也可以通过异花授粉来繁殖。

控制植株生育力的方法对于植物育种的改进是非常重要的，尤其对于玉米杂交种的开发，其依赖于某种雄性不育系统。

对玉米杂交种的开发需要开发纯合的自交系，使这些自交系杂交，并评估杂交体。第一代杂交种后代被命名为F₁。在对杂交种的开发中，仅考察F₁杂交种植株。F₁杂交种比其自交系亲本更健壮。这种杂交种的健壮或者杂种优势可以通过多种途径体现，包括增加营养生长和增加产量。

可通过人工去雄等雄性不育系统来产生玉米杂交种。为产生杂交种，从正在生长的母本自交系（其可与父本自交系以多种不同的方式种植）人工除去雄穗。随后，只要对外来玉米花粉来源进行足够的分离，母本自交系的幼穗将仅被来自父本自交系的花粉受精，得到的种子是杂交种（F₁），并形成杂交体植株。

但是，环境变化可能导致在对母本进行人工去雄后植株又雄穗化。或者可能没有完全除去母本自交系植株的雄穗。上述情况的发生都将导致母本植株成功脱落花粉，一些母本植株被自花授粉，使得在正常生产的杂交种子中夹杂母本自交系种子，而母本自交系种子的生产力不如F₁种子。此外，母本自交系种子的存在对生产杂交种的公司来说代表着一种种质安全风险。

或者，可以通过机器对母本自交系植株去雄。机械去雄和人工去雄的可靠性基本相同，但是更快且成本更低。然而，与人工去雄相比，大多数去雄机器会对植物造成更多的伤害。因此，目前还没有完全令人满意的去雄方式以降低生产成本并消除杂交种子生产中母本的自花授粉。

可遗传的雄性不育系统是一种可靠的方式。通过使用胞质雄性不育（CMS）自交系，在一些基因型中得以避免繁重的去雄过程。在缺少生育力恢复基因时，CMS自交系植株是雄性不育的，这归因于来自胞质基因组而非细胞核基因组的因子。因此，该特征在玉米植株中排他性地通过母本遗传，因为仅有母本向受精种子提供细胞质。用来自非雄性不育的另一自交系的花粉使CMS植株受精，来自第二自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种子必须与同一杂交体的CMS生产的种子掺合，以确保在杂交体植株生长时有足够的花粉用于受精以及确保胞质多样性。

但是，有研究表明CMS的特定变种与某些作物疾病易感性有关。这一问题阻碍了CMS突变体在玉米杂交种生产中的广泛应用，更甚者产生了负面影响。

Brar等公开了一种遗传不育性类型，但其需要在基因组内的多个不同位置保持多种突变基因，并且为了跟踪基因和使系统方便还需要复杂的标记系统。Patterson还描述了一种染色体易位基因系统，但是也很复杂。

为了改进上述缺陷，Fabijanski等开发了很多方法以引起植株雄性不育。一种方法包括向植株中引入编码一种细胞毒素物质的基因，该基因与雄性组织特异性启动子相关。另一种方法涉及反义系统，其中育性关键基因被鉴定出来且其反义序列被插入植株。Mariani等还展示了许多细胞毒素反义系统。还有其它系统使用“遏制子”基因，这些基因抑制了对于雄性不育关键的另一基因的表达。

另一种改进系统通过使植物天然具有的、对于雄性生育力关键的基因沉默，并用与诱导型启动子（控制下述基因表达）相连的对于雄性生育力关键的基因代替天然DNA，从而实现赋予可控制的雄性不育的方法。因此，该植株是组成上不育的，仅在启动子被诱导且其所附的雄性生育力基因表达时才会变为可育的。