[发明专利]突变核苷酸分子及包含其的转化植物细胞以及制备可恢复雄性不育转基因植物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种突变核苷酸分子及包含其的转化植物细胞以及制备可恢复雄性不育转基因植物的方法，具体而言，涉及包含转录因子bHLH142的核苷酸序列和插入的T-DNA区段的突变核苷酸分子，以及包含所述突变核苷酸分子的新型转化植物细胞和雄性不育突变体植物，还涉及新型可恢复雄性不育转基因植物及其制备方法。

背景技术

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的主要作物之一，喂养着几乎一半的世界人口，并且其充当单子叶植物的模型，单子叶植物包括许多重要的农作物(例如小麦、玉米、高粱、粟)。粮农组织(FAO)预测水稻产量至2050年必须增长50-70％以满足需求。目前采用数种方法来增加水稻产量，例如杂交优势育种、群体改良、远缘杂交、基因工程和分子育种¹。其中，据认为杂交水稻是最有前途的(产量增加15-20％)²。由F1代杂交种子产生的作物在产量提高、农艺性状和最终使用品质的一致性方面给出了显著的益处。这归因于通过组合经仔细选择的亲本系而产生的“杂种优势”。在过去数十年杂交作物是全球作为产量的显著增加的原因，该进展中雄性不育(MS)起着重要作用。雄性不育性状可分为由线粒体等细胞质因子决定的细胞质雄性不育(CMS)，和由细胞核基因决定的基因雄性不育(GMS)。CMS已经长期用于杂交谷物制备，而目前CMS和GMS都用于杂交水稻制备³，这是由于通过操纵任何所选择基因型中的基因-细胞质组合而控制不育性表达的方便性。最重要的是，其规避了异花授粉品种中去雄的需要，从而促进在天然条件下杂交育种生产纯杂交种子。但是，商业化的种子生产必须是简单廉价的，对于该三系杂交体系，为了生产CMS系的种子储备而需要的保持系增加了生产成本。

另一方面，由核基因控制的遗传(GMS)，提供了另一种杂交种子生产体系。对于双系杂交体系，有益的是使用光周期诱导的或温度诱导的MS(PGMS或TGMS)突变体来保持用于杂交种子生长的种子储备库。目前在中国PA64S是双系杂交水稻育种中使用最广泛的母系，并且其与亲本系93-11杂交而产生了超级杂交稻LYP9⁴。PA64S源自自发性PGMS粳稻突变体NK58S(长日照->13.5h)⁴⁰，也是TGMS籼稻，其MS受到大于23.5℃的温度的促进，但是在21～23℃之间的温度恢复其育性。最近的匹配分析证明了这些MS系中的P/TGMS受新型小RNA调节⁵。在最近发现的另一种稻基因MS突变体(Carbon Starved Anther(CSA))的情况下，对R2R3MYB转录调节子进行的突变不能使花粉发育⁶，并且进一步的研究表明csa是新型的光周期敏感性突变体，在短日照条件下显示MS但在长日照条件下显示雄性育性⁷。其对日照长度的MS敏感性的分子基础仍待解决。

使用大量转基因已经生产转基因雄性不育性，但是由于缺少有效经济的手段来控制MS系，或缺乏合适的恢复子(restorer)，转基因雄性不育性在商业生产杂交种子方面的应用受到限制⁸。最近，通过操纵R2R3MYB结构域蛋白(AtMYB103)而在转基因拟南芥植物中证明了可恢复MS体系⁸。在AtMYB103启动子的控制下使用插入突变体或AtMYB103EAR嵌合阻遏子构建体来阻断AtMYB103的功能，导致完全不结籽的MS⁸。将含有被更强的另一特异性启动子驱动的AtMYB103的恢复子导入花粉供体植物中，并杂交到MS转基因植物中用作阻遏子。F1植物的雄性育性得以恢复。嵌合阻遏子和恢复子构成了用于杂交种子生产的可恢复MS体系。该体系在大规模杂交种子生产的成功应用取决于MS雌性亲本系是否能够有效经济地繁殖。作为选择，通过化学或其他因素(例如光周期或温度)控制的诱导型启动子可直接用于调节GMS基因(例如bHLH142)的表达，并且控制转基因植物的花粉发育，消除了保持MS系的昂贵要求。