[发明专利]一个控制水稻雌雄育性的基因AG1及其应用

说明书

本发明公开了一个控制水稻雌雄育性的基因AG1及其应用，属于生物技术领域。本发明通过EMS诱变水稻获得一个由单个隐性核基因控制的不育突变体，并利用SIMM方法定位突变性状相关基因，获得了水稻雌雄育性的基因AG1。AG1基因的突变可导致水稻产生雄性完全不育、雌性育性严重下降的表型，通过调节该基因的表达可调控植物育性，对于水稻杂交育种工作具有重要的理论和实践意义。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一个控制水稻雌雄育性的基因AG1及其突变体的应用，更具体的涉及该基因的分离克隆与功能验证，以及该基因突变体在杂交育种工作中的应用。

技术背景

中国乃人口大国，保证粮食安全是国家稳定、人民安居乐业的基石，而水稻作为我国的主要粮食，在国内的需求量巨大。放眼全球，东亚、东南亚、欧洲等地区对水稻的需求也相当可观。水稻的育性直接影响结实率和最终的产量，对水稻育性的调控研究有利于深入理解水稻产量潜力的内在调节机制，为培育高产、稳产的水稻新品种奠定基础。水稻雌雄配子是水稻生殖过程的直接参与者，雌雄配子体的缺陷都会造成育性的下降甚至不育。对植物雌雄配子体发育的研究大部分还停留在形态解剖学和细胞遗传学水平，随着功能基因组学的发展，近年来对配子体发育的研究开始从细胞学描述逐渐过渡到对相关基因的挖掘及调控机理的探索。

水稻雌配子体发生涉及到孢原细胞和大孢子母细胞的分化，减数分裂，功能大孢子的确立，以及三次有丝分裂，依次形成二核胚囊、四核胚囊、八核胚囊，最后经极核融合，形成七细胞八核胚囊的结构。由于雌配子体败育的机理复杂，其分子机理的研究一直未取得突破性进展。目前已克隆的一些基因，如MSP1基因，其编码的受体样蛋白激酶可参与造孢细胞发育，同时控制大小孢子母细胞发育；又如XRCC3基因，其在水稻减数分裂过程的双链DNA断裂修复和同源染色体重组中发挥重要作用；以及编码细胞壁相关类受体激酶从而调节雌配子的发育的DEES1基因，影响花粉管生长从而影响雌性育性的PTB1基因和参与调控水稻胚珠的发育过程的MADS13基因。

水稻雄配子体的形成与发育与雌配子体类似，包含孢原细胞和小孢子母细胞的分化，减数分裂，单核小孢子的形成，以及两次不均等的有丝分裂，依次形成二核花粉粒、三核花粉粒，最后经脱水、积累储备物质，形成成熟花粉粒。结合拟南芥花药发育过程的分期，根据对水稻花粉及药壁组织发育的系统观察，张大兵将其划分为12个时期，并描述了每个节点的超微结构特征。转录组分析表明，约有29000个基因在水稻花药发育和花粉形成的不同阶段表达，其中约4000个是花药特异表达的基因。目前已发表的核不育基因涉及到上述其中一个或多个环节，例如MSP1与TDL1A/MIL2，前者编码富亮氨酸受体样蛋白激酶，与后者编码的蛋白形成复合体，参与控制早期造孢细胞发育及壁细胞形成的过程。又如，细胞色素P450家族成员CYP704B2与CYP703A3、BAHD家族的酰基转移酶DPW2，ABCG跨膜蛋白家族的ABCG15与ABCG26等基因编码蛋白酶/转运蛋白参与小孢子外壁各类物质的代谢当中。此外，还有参与小孢子减数分裂的PAIR1，PAIR2，PAIR3，MEL1，PSS1，ZEP1，以及调控绒毡层细胞的生长分化及程序性死亡的GAMYB，UDT1，TIP2，PTC1，TDR，MTR1基因等。