[发明专利]一种固定水稻杂种优势的方法

说明书

本发明公开了一种固定水稻杂种优势的方法，将OsMADS13启动子与水稻BBM1基因编码序列连接，构建到表达载体中得到载体A；构建EAC1‑like双靶点CRISPR/Cas9敲除的载体B；将载体A和载体B通过农杆菌介导法共转化到杂交水稻种子中得到T0代植株；T0代植株进行自交得到自交种子。本发明利用水稻珠心组织特异表达启动子，将水稻成胚关键基因在杂交水稻珠心组织中特异表达，诱导珠心组织体细胞形成不定胚；将在水稻卵细胞中特异表达，对卵细胞生长发育具有重要作用的基因敲除；使杂交水稻自交，形成能够固定水稻杂种优势的种子。这种方法可以消除杂交水稻繁制种风险。

技术领域

本发明涉及农业生物技术领域，尤其涉及一种固定水稻杂种优势的方法。

背景技术

杂种优势是指两个亲本杂交产生的F1代在一种或多种性状上优于亲本的现象。杂种优势在植物中广泛存在。在水稻中，自杂交水稻大面积推广以来，其种植面积常年稳居我国水稻总面积的50％以上，已经累计推广超过80亿亩，增产稻谷超过6000亿公斤，为我国和世界粮食安全作出了重要贡献。然而，目前杂交水稻在生产上还存在一个大的问题：杂交水稻的杂种优势不能固定，自交后代会发生性状分离，必须年年专门生产杂交水稻种子，大大增加了杂交水稻生产成本。目前，生产上的杂交水稻包括：三系法杂交水稻，其种子生产依赖细胞核质互作雄性不育系；两系法杂交水稻，其种子生产依赖光温敏细胞核雄性不育系。三系法杂交水稻育性受恢保关系制约，恢复系很少，保持系更少，选到优良组合的机率较低；两系法不育系育性受气温高低的影响，制种遇异常低温或繁殖遇异常高温都会导致失败。因此，如果能够将杂交水稻的杂种优势固定下来，杂交水稻将迎来新的大发展。早在1987年，袁隆平就提出杂交水稻育种方法分三个发展阶段的战略：从三系法到两系法再到固定杂种优势的一系法，朝着程序由繁到简而效率越来越高的方向发展。最近，袁隆平根据杂交水稻五十多年的发展历程，回顾过去，展望未来，又提出杂交水稻发展前后可分为五个世代，其中作为杂交水稻发展最高阶段的第五代杂交水稻也是能够固定杂种优势的杂交水稻。

水稻杂种优势固定意义重大，而目前都是通过MiMe体系创制二倍体雌配子方式实现。MiMe体系可以将水稻生殖细胞减数分裂转化为有丝分裂，获得的雌雄配子全部都是和亲本基因型相同的二倍体，其主要涉及三个与减数分裂相关基因的同时突变：PAIR1基因突变能够抑制减数第一次分裂期同源染色体配对过程中的非姐妹染色单体交叉互换重组；REC8基因突变促使姐妹染色单体在减数第一次分裂后期就分离；OSD1基因突变导致跳过减数第二次分裂。由于MiMe体系中水稻的胚和胚乳形成仍依赖受精过程，而当MiMe自交后，其每一代的染色体都会加倍，因此要实现杂种优势固定，还必须诱导单倍体产生。该体系涉及三个基因的同时突变，操作比较复杂；通过自交后，很难保证二倍体配子不再次加倍，并且会影响水稻的结实率。

因此，探索其它水稻杂种优势固定途径是非常必要的。已有研究发现，水稻中广泛存在不定胚生殖现象，它是通过珠心组织体细胞直接发育而成，基因型与亲本完全相同，只是由于发生频率不高并且卵细胞受精后也会发育成胚，因而通常是以双胚或多胚苗形式存在，在生产上不能用于杂种优势固定。

综上，目前杂交水稻生产必须依靠不育系，三系法杂交水稻育性受恢保关系制约，恢复系很少，保持系更少，选到优良组合的机率较低；两系法不育系育性受气温高低的影响，制种遇异常低温或繁殖遇异常高温都会导致失败。急需寻求一种可以固定水稻的杂种优势，从而大大提高杂交水稻配组效率，消除杂交水稻繁制种风险的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种固定水稻杂种优势的方法。这种方法可以固定水稻的杂种优势，从而大大提高杂交水稻配组效率，消除杂交水稻繁制种风险。

为了实现上述目的，本发明提供了一种固定水稻杂种优势的方法，包括以下步骤：