[发明专利]一种诱导植物雄性不育的线粒体基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及遗传工程领域，具体涉及一种能诱导植物雄性不育的线粒体基因及其应用。 

背景技术

植物细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility, CMS）是指花粉败育，不能完成授粉受精的一种母性遗传现象，在自然界中广泛存在，是杂种优势利用的重要途径之一。玉米、水稻、高粱、油菜等重要农作物广泛利用杂种优势取得了巨大的社会效益和经济效益，是二十世纪农业科学最重要的成就之一。 

小麦作为世界和我国最重要的粮食作物之一，也和其它作物一样具有明显的杂种优势，经过半个多世纪的努力探索，已形成了多途径利用杂种优势的研究格局，但目前优良的杂交小麦亲本匮乏，强优势组合选配难度大，生产成本高、经济效益不明显，以致杂交小麦至今未能在生产上大面积应用。小麦属细胞核可与山羊草属、黑麦属、冰草属等许多细胞质互作产生雄性不育性，其中研究得最多最深入的是具有提莫菲维小麦（Tritium timopheevi）细胞质的T型不育系、粘果山羊草（Aegilops kotschyi）细胞质的K型不育系、易变山羊草（Aegilops variabilis）和偏凸山羊草（Aegilops ventricosa）细胞质的V型不育系的利用。T型不育系因其恢复源窄、恢复度不高、不育系种子皱瘪等至今未能大面积用于生产。而K型和V型不育系具有恢复源广、恢复度高、不育系种子饱满等特点，被认为是极具利用价值的小麦雄性不育资源。自1987年西北农业大学成功育成小麦K型不育系并实现“三系配套”以来，其杂种在生产上已有小面积的推广应用。对玉米、水稻、油菜等的研究表明，细胞质雄性不育性是由于线粒体基因组特异的orf（open reading frame）导致的。有研究发现小麦T型CMS是由cox1上游的orf256导致的，但一粒小麦、大麦、黑麦及多种山羊草的小麦异质材料都具有orf256。一些学者对小麦K型雄性不育与线粒体DNA（mtDNA）的关系的研究发现，K型不育系及相应保持系在mtDNA上表现出差异。如atpA、atp9、coxII、cob等线粒体功能基因在不育系和保持系之间有组织结构上的差异，但由于不育系与保持系间mtDNA差异甚大，难以确定究竟哪些差异与雄性不育有关。 

到目前为止，小麦细胞质雄性不育因子还没有被鉴定出来。 

发明内容

在前人的研究基础上，本发明人分别测定了小麦细胞质雄性不育系豫麦3号（Ks3）和相应保持系豫麦3号（Km3）的线粒体基因组序列（Genebank登录号分别为GU985444，EU534409），并进行了比较，发现不育系和保持系的线粒体基因组之间有较大差异，不育系有一些特异的开放阅读框（orf），这些orf可能是导致不育系花粉败育的候选基因。经表达分析、共转录分析和遗传转化拟南芥的结果分析发现，只有orf1471能诱导拟南芥植株的花粉败育。 

本发明的目的是提供一种能诱导植物雄性不育的线粒体基因，该基因能导致植物花粉败育。 

本发明所提供的基因来源于普通小麦K型细胞质雄性不育系豫麦3号，是具有如SEQ ID No.1所示核苷酸序列组成的基因。SEQ ID No.1所示的DNA长度为408bp, 是线粒体基因，命名为orf1471，编码136个氨基酸残基的蛋白质。 

本发明还提供扩增上述基因全长的引物对，所述引物对中，正向引物的序列为SEQ ID No.2所示，反向引物的序列为SEQ ID No.3所示。 

本发明还提供包含所述基因的表达载体，所述基因可操作连接于花药特异启动子。将所述的表达载体转化到植物中，并筛出花粉败育的植株。优选地，所述植物为小麦。 

本发明提供的小麦细胞质雄性不育相关线粒体基因在小麦雄性不育系和F1代植株中表达，而在保持系和恢复系中不表达。利用基因工程技术将其遗传转化到双子叶植物拟南芥中，能导致拟南芥转基因植株的花粉败育。因此，利用orf1471能创制雄性不育材料，这为小麦的杂种优势利用提供了有价值的材料，对小麦的遗传改良具有重要意义。 

附图说明

图1为orf1471基因在不同小麦材料中的表达模式，DNA分子量标准从下往上的条带分别为200、500、800、1200、2000、3000和4500bp。