[发明专利]一种利用基因组编辑技术快速创制适合机械化制种的工程雌性不育系的方法

说明书

本发明提供了一种利用基因组编辑技术快速创制适合机械化制种的工程雌性不育系的方法。本发明包括如下3个步骤：1）通过诱变技术或者基因编辑技术获得雌性不育突变体；2）将携带雌性可育基因、花粉致死基因和筛选标记基因3个基因表达盒的表达载体通过转基因技术转入受体材料，获得转基因材料；3）将雌性不育突变体与转基因材料通过杂交聚合选育出适合杂交种机械化制种的工程雌性不育恢复系。本发明能使与不育系播始期相同的优良恢复系快速转变为适合机械化制种的工程雌性不育恢复系。本发明在农业领域将具有广阔的应用和市场前景。

技术领域

本发明属于植物分子生物学和农业生物技术领域，尤其涉及一种利用基因组编辑技术快速创制适合机械化制种的工程雌性不育系的方法。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食作物，其中杂交稻种植面积占水稻总面积的 57%以上，平均产量 7.2t/hm²， 比常规稻单产高出1.4t， 每年种植杂交稻所增产的粮食可多养活7000 万人口。杂交稻的研究成功使得中国以占世界7%的土地养活了占世界22%的人口。杂交稻生产中播种（插秧）、收割等环节均可以实现机械化操作，然而杂交稻产业中另一重要的环节—制种，大多还是延续传统的生产技术，完全依靠人工操作，工序繁杂，制约了杂交水稻种子的生产。我国常年制（繁）种面积在18万hm²左右，不仅为我国大约1600万hm²杂交水稻提供种源，还出口到世界其他多个国家种植。随着农业就业人员的减少、劳动力成本的上升以及杂交稻种植面积在全球的扩大，如何实现制种机械化、轻简化，以降低种子生产成本、提高种子产量，适应杂交稻快速发展的步伐，是当前亟需解决的重要课题。

制种机械化的主要问题在于不育系和恢复系需分期插播、赶粉技术落后、杂交种子和恢复系自交种子难以有效分选等。不育系和恢复系的生育期相近就可以采取混播，人工赶粉技术只要做些改进也可适合制种机械化的要求，最大的难点在于如何把不育系上结的杂种与一同用收割机收获的恢复系种子准确地分开，以实现机械化收割。目前可用于机械化制种的方法包括用转基因技术的方法育成抗除草剂的显性基因标记的纯合不育系、除草剂敏感致死的隐性基因标记的纯合恢复系、呈特殊谷壳色的颜色基因标记的纯合不育系和利用雌性不育的恢复系等。

水稻雌性不育表型类型多样, 是不同基因突变和环境条件相互作用的结果。雌性不育特性用在杂交水稻制种上, 其意义不仅在于提高制种产量、降低种子生产成本和确保所产杂交种子的纯度, 而且完全可实现杂交水稻种子的机械化生产和轻型化栽培,如混直播或混抛秧等。CRISPR/Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，此系统的工作原理是 crRNA（CRISPR-derived RNA ）通过碱基配对与 tracrRNA（trans-activating RNA ）结合形成 tracrRNA/crRNA 复合物，此复合物引导核酸酶 Cas9蛋白在与 crRNA 配对的序列靶位点剪切双链 DNA。而通过人工设计将这两种改造形成具有引导作用的sgRNA （singleguide RNA ），引导 Cas9 对 DNA 的定点切割。当植物的基因组被切割后，在有同源序列的情况下会发生同源重组修复，此种情况下可以产生基因组定点修改（Knock in）；在没有同源序列的情况下细胞会进行随机修复，此时在基因组上会随机引入插入、缺失、替换事件，从而造成基因敲除（Knock out）。利用CRISPR/Cas9技术可以快速、精准的将任意水稻材料转化为雌性不育材料，从而应用于杂交稻的机械化制种。

发明内容

本发明旨在客服现有技术的不足，提供一种利用基因组编辑技术快速创制雌性不育材料的方法及其在机械化制种中的应用。另外，本发明还提供了编码雌性不育的核酸以及基因工程中间体（如，表达盒、重组载体、转基因细胞系或重组菌），判断植物是否采用本发明方法获得的鉴定方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述利用基因组编辑技术快速创制适合机械化制种的工程雌性不育系的方法包括如下步骤：