[发明专利]与植物雄性育性相关的蛋白SiMS1及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了与植物雄性育性相关的蛋白SiMS1及其编码基因与应用。本发明利用谷子生产上应用的高度雄性不育系1066A，通过图位克隆的方法得到一个谷子高度雄性不育基因SiMS1，并对SiMS1基因不育机理进行了深入研究。通过研究发现：本发明的SiMS1基因具有调控谷子花药绒毡层细胞程序化死亡及花粉外壁形成的功能，该基因的缺失会导致谷子的高度雄性不育。与现有的技术相比，本发明具有如下的有益效果：由于SiMS1基因功能的缺失会特异性导致谷子的高度雄性不育；可利用敲除或抑制SiMS1的特异性表达技术获得新的谷子高度雄性不育系，在农业生产上具有十分重要的应用。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及与植物雄性育性相关的蛋白SiMS1及其编码基因与应用。

背景技术

谷子[Setaria italica(L.)Beauv]，属禾本科，狗尾草属。作为一种重要的粮食作物，谷子在中国栽培历史已有8700年以上，至今仍是中国北方干旱及半干旱地区的主要栽培作物之一。谷子是二倍体自花授粉植物，全基因组测序已完成，基因组只有约490Mb，与同为禾本科的模式作物水稻的共线性极高。谷子还是一种C₄作物，光合效率高、耐旱且营养高效，部分早熟的谷子品种由于其全生育期短且植株矮小，便于培养箱培养，这些特征正使谷子成为研究C₄光合作用的新兴模式作物。

植物雄配子体的发育是一个极其复杂的过程，涉及到雄配子体腔室多层壁细胞的发育及腔室内花粉母细胞的减数分裂和小孢子的有丝分裂等发育过程，发育的每一个阶段产生异常都可能影响花粉的正常形成。成熟雄配子体壁细胞层分为表皮层、内皮层、中层和绒毡层。花粉的发育依赖于这四层细胞的物质代谢、营养供给及其抵御外界不利生长因子的保护作用。位于雄配子体壁细胞最内层的绒毡层细胞直接与花粉母细胞和小孢子接触，该层细胞能够合成和分泌成熟花粉形成所必须的一些营养物质和花粉外壁的组成成份。因此影响绒毡层细胞发育和花粉外壁正常形成的任何异常都会导致植物雄性不育的发生。

杂种优势是生物界的一种普遍现象，是指两个性状不同的亲本(基因型、品种)杂交产生的杂种，在生长势、生活力、繁殖力、适应性以及产量、品质等性状方面超过其双亲的现象。杂种优势利用也是提高作物产量的重要途径，雄性不育基因的克隆及雄性不育系的培育是有效利用杂种优势的前提和基础。而在谷子生产方面，杂种优势同样得到了应用，其利用方式不同于水稻的“三系法”和“两系法”，谷子杂种优势利用主要依赖于上世纪70年代发现的高度雄性不育材料(崔文生等，1979)。利用该不育材料培育的各类雄性不育系依靠5％左右的自交结实小花来繁殖，即不育系本身非100％不育，自交可繁殖自身。用其与具有抗除草剂基因的谷子品种杂交配制杂交种，形成的杂种F₁代种子经除草剂处理，即可去除假杂种。虽然该不育基因已经在谷子生产上成功得到应用，但是这个基因一直未被克隆。因此对谷子高度雄性不育基因的克隆及其功能的深入研究，将为发掘和创制新的谷子雄性不育资源提供必要的前提和基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何调控植物雄性的育性。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种与植物雄性育性相关蛋白。

本发明所提供的与植物雄性育性相关蛋白的名称为SiMS1，来源于谷子[Setariaitalica(L.)Beauv]，为如下a)或b)或c)或d)的蛋白质：

a)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；

b)在序列2所示的蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质；

c)将序列2所示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/或添加得到的具有相同功能的蛋白质；

d)与序列2所示的氨基酸序列具有75％或75％以上的同源性且具有相同功能的蛋白质。

为了使a)中的蛋白质便于纯化，可在序列表中序列2所示的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。