[发明专利]一种水稻造粉体蛋白转运信号肽及其在花粉育性调控中的应用

说明书

本发明提供一种水稻造粉体蛋白转运信号肽ASP2及其在花粉育性调控中的应用，属于植物分子生物学和基因工程技术领域。本发明通过克隆水稻武运粳中ASP2基因的信号肽序列，构建重组表达载体和进行遗传转化。在花粉发育后期特异性表达基因启动子PG47的驱动和ASP2的引导下，α‑淀粉酶基因ZM‑AA1可在花粉发育后期特异性表达，从而降解花粉粒中的淀粉，造成水稻转基因花粉不育，有效避免了转基因作物通过花粉将转基因元件传播给其它作物品种。本发明的转运信号肽基因ASP2可用于构建保持雄性不育植株的纯合隐性状态，从而在杂交制种中省去人工去雄步骤，并大量扩繁不育系，减少劳力投入和对产量的影响，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种水稻造粉体蛋白转运信号肽及其在花粉育性调控中的应用。该造粉体蛋白转运信号肽基因有助于技术人员通过生物技术获得不育系转基因水稻植株，还可控制植物育性和防止转基因漂移。

背景技术

杂交水稻育种是有效提高水稻产量和品质的主要途径。由于杂交技术的应用，使得增产、抗病、抗虫、抗旱、抗除草剂、耐涝、抗寒、耐盐和抗倒伏等各种性状的聚合都成为了可能。杂交技术的应用依赖于向母本提供花粉的父本，然后通过父本和母本的杂交方法获得杂交种。尽管水稻杂交优势利用是最为经济有效的提高水稻产量和品质的途径之一，但其仍然存在较多的限制因素，例如各种优势性状的聚合难度较大、杂交作物所占的比重较小等。虽然大部分的农作物都尽可能的利用杂种优势，但仍然存在巨大的潜力。

目前应用于水稻生产上的主要杂交育种技术有“三系法”和“两系法”。“三系法”由于受恢保关系的制约，限制了水稻种质资源的利用及强优势组合的选育；而“两系法”由于其不育系育性受环境条件因素的影响调控，在实际制种生产中隐藏着较大的风险。由此可见，传统的“三系法”和“两系法”均存在一定的技术缺陷，一定程度上限制了杂交水稻的进一步发展和推广应用。在这里，雄性不育系资源是严重制约水稻杂交技术发展的关键因素。此外，“三系法”和“两系法”育种方法周期长、见效慢，难以满足生产发展的迫切需求。

为了解决“三系法”和“两系法”等繁殖雄性不育材料的问题，先后有众多科学家想通过利用分子设计方法来解决这一问题。1993年，PLANTGENETIC SYSTEM公司提出专利申请(Williams M,Leemans J..Maintenance ofmale-sterileplants.1993.PatentNo.WO93/25695.)：即在雄性不育植株中转入连锁的育性恢复基因、花粉失活(败育)基因和用于筛选的标记基因，即可获得该不育系植株的保持系，然后通过自交实现不育系和保持系的繁殖。此外，2002年Perez-Prat等人提出通过在雄性不育的植株中转入连锁的育性恢复基因和筛选标记基因两套元件就可获得雄性不育植株的保持系，并进一步可繁育成不育系(Perez-Prat,E.,and van Lookeren Campagne,M.M.(2002).Hybrid seed production and thechallenge of propagating male-sterileplants.TrendsPlant Sci.7,199-203.)。这些构想的提出为精确利用分子生物学技术开展作物分子杂交育种提供了新的思路。当前，有很多研究表明其它功能基因也可能通过生物技术方法构建转基因雄性不育植株。然而，近年来随着转基因作物的种类和种植面积的不断增加，转基因安全问题也受到越来越多人的关注和重视。转基因植物中携带的外源基因可通过天然杂交的方式整合到非转基因品种或其它野生近缘种中，从而造成转基因安全问题。在杂交亲和的植物种类之间，花粉介导的基因漂移是不可避免的。