[发明专利]葫芦科中的非转基因单倍体诱导系

说明书

本发明涉及包含经修饰的CENH3基因的葫芦科的突变型植物，所述突变型植物当与具有2n条染色体的野生型植物杂交时产生后代，其中至少0.1％具有n条染色体。优选地，与在其它方面相同的天然存在的CENH3基因相比，经修饰的CENH3基因包含至少一个突变，所述至少一个突变导致编码的经修饰的CENH3蛋白的组蛋白折叠结构域中的至少一个非保守氨基酸变化或导致编码的经修饰的CENH3蛋白中出现提前终止密码子。本发明还涉及用于产生单倍体或双单倍体植物的方法以及由此获得的植物。

本发明涉及可用作非转基因单倍体诱导系的葫芦科(Cucurbitaceae)的突变型植物。本发明还涉及所述植物的部分以及所述植物的后代。

在植物育种中，主要目标是在单一基因组中尽可能多地组合所需性状，同时尽可能多地消除不想要的性状。这是一个缓慢的过程，需要许多个体品系的杂交，在几个生长季节期间评估此类杂交的结果，并选择有前景的后代进行进一步研究。通常选定的品系表现出一些非常好的特征(诸如，例如，较大的果实、耐旱性、抗病性、较快的萌发能力等)，但也有许多不被消费者和/或被植物种植者接受的次优性质。然后需要将选定品系的有趣特征引入商业上可接受的遗传背景中，而不丧失任何商业上重要的性状，最终得到纯种育种系，其中所有期望的性状都被遗传上固定。这种努力通常需要多代回交，因为遗传上不连锁的性状倾向于彼此分离，因此这是一个非常缓慢的过程。取决于物种的平均世代时间(从种子到种子)，新的植物品种的产生可能需要8至20年。纯育种品系可以例如用作杂交品种的亲本。将两个自交系(其基因组高度纯合)互相杂交，并且出售产生的杂交种子。杂交品系通常显示其亲本的优良特性的组合，并且由于其基因组的高杂合性(杂种优势)，它们通常优于它们的两个亲本。

可以通过使用双单倍体(doubled haploid,DH)品系来加速植物育种，该品系在一代内具有完全纯合的基因组。DH的一个重要有利方面是它们是能育的且可以无限地进行有性繁殖。

DH可以通过例如雄核发育或雌核发育方案或通过使用单倍体诱导系统从植物的孢子产生。随后将这些单倍体植物的基因组加倍，这解释了它们为什么是完全纯合的。基因组加倍既可以自发发生，或可以通过添加有丝分裂阻断性的化学物质诸如秋水仙碱、氨磺乐灵或氟乐灵诱导。这导致形成双单倍体植物(DH植物，DH)，其能够产生种子。以这种方式，双单倍体系是永生化的。每个DH系代表来源于起始植物的亲本的性状的一种特定组合，其源于减数分裂期间所有遗传上不连锁的性状的改组。

通过以下过程从起始植物的孢子产生DH：首先通过雄核发育诸如小孢子培养或花药培养，通过雌核发育，或通过诱导由受精事件产生的合子的母本或父本染色体的丧失来产生单倍体植物，然后使由此获得的单倍体植物的基因组加倍。技术人员非常熟悉产生DH的这些方法，并且他知道哪种方法在他喜欢的植物物种中效果最好。基因组加倍可以自发发生，或者其可通过应用化学物质诸如秋水仙碱、氨磺乐灵或氟乐灵来诱导。这些化学物质在有丝分裂期间破坏纺锤体的形成，并且通常用于阻断有丝分裂。

由受精事件产生的合子的母本染色体的丧失可通过使用单倍体诱导系作为杂交中的雌性来诱导。已在各种植物物种中描述了单倍体诱导系统，例如当雌性杂交配偶体是与雄性杂交配偶体不同的物种的植物时。在种间杂交中，诸如在小麦与珍珠粟之间、大麦和球茎大麦之间以及烟草(红花烟草(Nicotiana tabacum))与非洲烟草(Nicotianaafricana)之间的杂交中，经常观察到亲本之一的基因组的丧失。

对于葫芦科家族成员，有DH的高效体外产生方案可供利用(参见，例如&Niemirowicz-Szczytt 2013,Folia Hort.25:67-78；美国专利5,492,827)。然而，DH方案不适用于所有的基因型，并且几种类型的葫芦不适合于标准体外单倍体诱导技术。由于一直没有描述过导致亲本基因组之一的丧失的种间杂交，因此一直以来不可能体内获得DH。与体外方法相比，在体内产生DH具有明确的物流有利方面(logistic advantages)：它不太费劳力，并且其不需要用于植物材料无菌培养的细胞生物学实验室或受控生长设施。

因此，本发明的一个目的是提供用于属于葫芦科的植物的体内单倍体诱导系统。