[发明专利]水稻基因OsDES1的应用

说明书

本发明公开了水稻基因OsDES1的应用，本发明首次揭示了水稻基因OsDES1具有调控植物育性的生物学功能。基于基因敲除实验和过表达实验在水稻中验证了该基因的功能，通过构建CRISPR/Cas9基因敲除载体转化水稻日本晴，转基因植株雌配子发育异常、育性降低；用pCUBi1390‑OSDES1过表达载体转化突变体des1后，转基因植株雌配子育性恢复，即OSDES1基因功能丧失型突变导致雌性部分败育而过表达该基因育性恢复正常。本发明水稻OSDES1基因功能丧失后未完全败育，可收获部分种子，可与其他雌性不育基因形成有利补充，为水稻智能恢复系育种提供了新的基因资源。

技术领域

本发明涉及基因工程和植物遗传育种领域，具体地说，涉及水稻基因OsDES1的应用。

背景技术

水稻作为最重要的粮食作物，提供了人类近50％的食物和营养来源。我国有一半以上的人口将稻米作为主要食物。杂交水稻的推广为世界的粮食安全做出了巨大的贡献，70年代具有里程碑式的野败雄性不育基因的发现，使杂交水稻三系育种得到推广，选育出了大量具有较强杂种优势的杂交组合。杂种优势的利用划分为以核质互作花粉不育为代表的“三系法”杂交水稻和光温敏核不育为代表的“两系法”杂交水稻。但是“三系法”受严格的恢保关系的制约，种质资源一直处于较低的利用水平。“两系法”容易受到环境条件的影响，导致杂交稻种子纯度经常发生变化。智能不育分子育种是将分子生物学技术和传统杂交育种工作结合在一起，利用隐性细胞核不育实现杂种优势利用的新途径，由于智能不育育种方法能够克服“三系法”与“两系法”的技术缺陷，使得杂交水稻的研究和应用进入一个崭新时代。通过利用无融合生殖技术固定杂种优势被誉为是杂交水稻育种技术的最高目标，最近在对水稻无融合生殖研究上已经获得了重大发现，为杂种优势的利用开拓了一条崭新的途径(KHANDAY et al.，2019；WANG et al.，2019)。

植株的生长发育是一个复杂而完善的过程，在生长发育过程中，会受到多重因素的影响。因此导致植物发生雌性不育的原因有很多。例如植物近远缘杂交、植物体内生理因素或者遗传因素发生改变以及植物体外部营养供给和生长环境发生改变，以上因素均会影响到雌性器官中孢子体和配子体的发育过程进而导致雌性不育。雌性不育广泛存在于拟南芥、水稻、玉米、小麦、大豆和白菜等植物中，雌性不育现象的产生主要是因为雌性器官发育出现异常而引起的，包括胚珠的发育、胚囊的形成和发育(YOKOO et al.，1984；凌定厚等，1991；ILARSLAN et al.，1997，2003；PALMER et al.，2000；LI et al.，2006；LI.et al.，2019；LIU et al.，2019)。

水稻育性是由雌性生殖器官和雄性生殖器官共同发育所决定的，水稻的生殖发育过程涉及许多环节，复杂却十分完善。水稻生殖生长过程划分为生殖器官(幼穗)发育和生殖细胞(雌雄配子)发育，这两个发育阶段并没有明确的界定，彼此间存在着交叉和协调发育。雄配子体和雌配子体的正常发育和成功的传粉受精过程是水稻进行生殖生长过程的必要前提和重要事件，这两个重要事件中的任何一个出现问题，都有可能引起不育。