[发明专利]一种与玉米杂交不亲和相关的蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种与玉米杂交不亲和相关的蛋白及其编码基因与应用。本发明所提供的蛋白是如下(a)或(b)：(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)将序列1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加，且与植物杂交不亲和相性关的由序列1衍生的蛋白质。本发明的ZmGalP基因在玉米中能够控制杂交不亲和性，即在玉米中表达ZmGalP基因可以突破Gal‑S/Gal‑S基因型玉米材料的杂交不亲和障碍，从而使其结实。本发明为植物特别是玉米的不亲和性研究提供了新的基因资源，其可在玉米育种和制种过程中得以利用。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及一种与玉米单向杂交不亲和现象相关的蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

玉米单向杂交不亲和性(unidirectional cross-incompatibility，CI)是指存在某些玉米，它们可以接受相同种类玉米的花粉，也可以给其它常规玉米授粉，却不能接受其它常规玉米的花粉而结实的现象(Nelson Jr，1952)。由于它影响了单倍体配子有性传递的过程，所以将控制这种现象的因子称之为Gametophyte Factor，即Ga。玉米第一个Ga材料(Ga1)是由Correns于1902年发现的。早在1929年Demerec就发现，用马齿型、硬粒型或甜玉米给一些爆裂型玉米授粉时不能结实，而反交，即用爆裂型玉米给马齿型、硬粒型或甜玉米授粉则可正常结实(Demerec，1929)，研究表明，这些爆裂型玉米是Ga1-S/Ga1-S基因型。自然界中的Ga1-S/Ga1-S基因型只存在于爆裂玉米、极少数中美洲玉米及玉米的祖先大刍草中，而绝大多数马齿型和硬粒型栽培玉米都是ga1/ga1基因型(Lino et al.，2008)。虽然Ga1类的材料自发现距今已有百年历史，然而对控制其单向杂交不亲和性的基因的研究才刚刚起步，对其调控的杂交不亲和的机理更是知之甚少。

目前，已有位于不同染色体上的多个Ga位点被发现(Chr.1，Ga4&Ga 6；Chr.2&3，Ga7；Chr.4，Ga1；Chr.5，Ga2&Ga10；Chr 6&7，Ga3；Chr，9，Ga8)(Kermicle and Allen，1990；Nelson，1994；Kermicle and Evans，2010；Lausser et al.，2010)，然而由于遗传背景或是修饰基因的影响，大多数Ga位点材料的单向杂交不亲和性都不彻底。只有三个Ga位点由于其接近100％的单向杂交不亲和性而被人们广泛关注，它们分别是由Correns于1902年发现的Ga1，由Burnham于1936年报道的Ga2和由Kermicle于1990年报道的Tcb1。其中Ga1是迄今为止发现的不亲和性最为彻底的位点，因此在玉米生产实践中的应用也最有价值和意义。

玉米Ga1杂交不亲和是由单一主效位点控制的，包括Ga1-S，Ga1-M和ga1三种类型。用ga1类型的玉米花粉给Ga1-S/Ga1-S型的母本授粉，其结实率为0；和Ga1-S相比，Ga1-M失去了花丝对ga1花粉不亲和的功能，能够接受来自ga1材料的花粉而结实，但仍具有雄配子的功能，即Ga1-M花粉给Ga1-S/Ga1-S型的母本授粉能结实。三者的关系如表1。

表1.Ga1-S、Ga1-M和ga1三者亲和性的关系

注：√代表亲和；×代表不亲和

Ga1具有下述特点：1. 100％的单向杂交不亲和性；2.Ga1-S基因型只存在于爆裂玉米和极少数中美洲玉米类型；3.几乎所有的栽培玉米都是ga1基因型；4.利用常规育种回交转育的方法可将Ga1-S基因型从爆裂型玉米回交转育到马齿和硬粒等普通玉米中去。基于Ga1的特性，可以利用其作为不同类型玉米生物学隔离的工具，特别是转基因玉米和非转基因玉米、常规玉米和专用玉米之间的生物学隔离；同时，还可用于研究玉米传粉授精过程中的基因互作和信号传导以及不亲和机理。如上所述，对Ga1的研究，既具科学理论价值又有生产应用价值。

发明内容