[发明专利]转基因元件及其应用、区分雄性不育系和可育保持系的方法、扩繁玉米雄性不育系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术领域，特别涉及一种转基因元件及其应用、区分玉米杂交种母本雄性不育系和保持系的方法、一种扩繁玉米杂交种母本雄性不育系的方法。

背景技术

玉米是全世界总产量最高的粮食作物，我国是仅次于美国的第二大玉米生产国，2012年，我国玉米产量超过水稻，成为我国第一大粮食作物。玉米还是重要的口粮、饲料粮、工业原料和能源原料，在国民生产中有举足轻重的地位。

玉米种植主要以杂交种为主，杂交种遗传了双亲的显性有利基因，其抗病、抗虫、抗干旱等环境适应能力明显增加，产量和品质相应提高。随着玉米种植面积的逐年增加，玉米杂交种的需求量也逐渐增大。但是目前杂交种的制种过程却是一项十分繁重的工作，它需要将母本去雄，用父本的花粉给母本自然授粉，一旦去雄不彻底，就会影响杂交种的质量。

目前，杂交种母本的去雄主要是人工来完成的。在隔离区内，将父本与母本间隔种植，并且在散粉前将母本的雄穗人工拔除，用父本的花粉给母本自然授粉，结的种子就上生产上所用的F₁代杂交种。

在实际生产过程中，由于受到环境的影响，去雄后的母本可能会再生出雄穗，或者人工去雄不彻底，都会导致杂交种中混杂母本自交系的种子，影响到杂交种的纯度，造成生产上的巨大损失。

当制种量较大、手工操作满足不了需求时，也可采用机械去雄。机械去雄速度快，成本低，但是对植株造成的伤害大，且与手工去雄一样存在着去雄不彻底的缺陷。因此，寻找新的技术，既可以降低生产成本，又能达到彻底去雄的目的，生产出低成本高质量的玉米杂交种，已成为目前育种行业迫切追寻的目标。

研究表明，通过科学有效的方法来控制玉米的育性，从而达到高效制种的目的是可行的。玉米雄性不育系的利用为这一目标的实现提供了保证。细胞质雄性不育系的引入可避免制种过程中繁重的去雄过程，降低种子生产成本，保证种子的纯度。由于细胞质因子的影响，细胞质雄性不育系是雄性不育的，它可以利用恢复系的花粉完成授粉过程并产生F₁代杂交种。但是有的细胞质雄性不育系容易感病，这一因素限制了细胞质雄性不育系在玉米杂交种生产过程中的广泛应用。

美国专利US4654465和US4727219公布了另一种类型的遗传不育性，但是这种遗传不育性需要基因组中不同位点的多个基因同时突变才能形成，并且每代还要用大量的分子标记对这些基因进行追踪，其复杂性限制了在玉米制种过程中的广泛应用。Patterson提出了染色体移位系统，但是操作也比较复杂(见美国专利US3861709和US3710511)。近年来，科研人员一直试图优化雄性不育制种体系。

在美国专利US5478369中描述了一种更完善的雄性不育系统，该系统首先沉默一个参与调控雄性生育能力的关键基因，同时导入该基因与启动该基因表达的诱导型启动子，从而达到人为调控植株雄性生育能力的目的。这样的植株正常情况下是组成型不育的，只有当启动子被诱导、所调控的雄性生育基因表达后植株才具有生育能力。

有些情况下，当控制雄性不育的核基因纯合隐性时，植株会表现出雄性不育。但是，雄性不育植株自身无法繁殖后代，只有通过与杂合植株杂交或通过转基因的方式将正常基因导入不育株后才能结实，但得到的种子无法区分是纯合不育的还是杂合状态的，所以不便于我们直接的利用。这一问题可以通过不含有恢复基因的花粉来解决，即提供一个保持系，它产生的花粉不含有恢复基因，当用它的花粉给不育系授粉时，所产生的后代仍然为纯合隐性不育系。Dellaporta等人的美国专利(US6743968)中就描述了一种方法，该方法将显性恢复基因、花粉特异性启动子启动的花粉致死基因构建在一个载体上，然后通过转基因技术一起转入雄性不育植株，转基因后代恢复育性，但是产生的花粉中只有不含恢复基因的有活性，所以当它给纯合隐性雄性不育植株授粉时，它们的后代为纯合隐性不育植株。