[发明专利]大麦雄性不育基因HvMSG47及其应用

说明书

本发明公开了一种大麦雄性不育基因HvMSG47及其应用，属于植物基因工程技术领域。本发明选用大麦雄性不育突变体材料GSHO 2400和大麦栽培品种Morex构建作图群体，采用正向遗传学的方法将HvMSG47定位在大麦4HL染色体上大约1.55cM的遗传区间，对应物理图谱中大约2.14Mb，包含32个候选基因；通过对注释基因进行表达模式分析和单倍型分析，最终鉴定得到大麦雄性不育基因HvMSG47。该基因发生突变后，能够导致大麦出现雄性不育的表型。本发明发现的大麦雄性不育基因HvMSG47在植物杂种优势利用和杂交种制种生产中将发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种大麦雄性不育基因HvMSG47及其应用。

背景技术

大麦是我国第四大粮食作物，主要用作饲料、粮食和啤酒原料，在国民经济中占有重要地位。随着人口的持续增加和生活水平的不断提高，我国的粮食需求呈刚性增长。粮食产量与作物杂交种的生产和应用密切相关。在四大粮食作物中，玉米杂交种在超高产进程中发挥重要作用，使其产量自2012年开始跃居我国第一位(中国统计年鉴，2017)；对于水稻来说，杂交水稻的广泛应用促使我国水稻产量增幅超过20％，其种植面积达到水稻总种植面积的50％以上(Yuan,2015)。但对于小麦和大麦杂交种的利用来说，尽管最近几年有了一定的突破，比如小麦杂交制种纯度的提升、雄性不育种质资源的鉴定等，但相比而言麦类作物杂交种并没有进行大规模的生产和利用。小麦和大麦都是严格地自花授粉作物，雄性不育性状的保持和恢复是杂交种生产的关键，发掘和鉴定优良雄性不育基因是杂交种生产的前提。另外，大麦是二倍体，基因组相对简单，与小麦亲缘关系较近，是麦类作物遗传研究的良好模式材料。因此，利用正向遗传学的方法分离大麦雄性不育基因对大麦和小麦等植物的杂交制种有重要意义。

植物雄性不育(male sterility)是指雄蕊发育不正常，不能产生正常的花药、花粉或雄配子，但雌蕊发育正常，可以接受外来花粉而受精结实的现象。主要包括细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)和细胞核雄性不育(genic male sterility,GMS)。植物雄性不育为研究花粉发育、细胞质遗传和核质互作提供了重要材料，也成为开展农作物杂种优势、轮回选择和群体改良的重要工具。植物雄性不育是开发杂种优势的重要工具，在作物杂交育种上应用广泛，相关的杂交制种技术分为“三系法”(three-linesystem)和“两系法”(two-line system)(Chen et al.,2014)。基于CMS的杂交制种技术称为“三系法”，即需要三个育种品系：CMS不育系、不育保持系和不育恢复系。与CMS相比，大多数GMS还没有用于杂交制种，主要困难在于无法有效实现GMS不育基因的保持和恢复。环境敏感型GMS克服了这一缺点，在作物杂交制种中发挥了重要作用，该杂交制种方法被称为“两系法”。环境敏感型GMS品系在限制性条件下(长日照或者高温条件下)用作雄性不育系，在正常条件下(短日照或低温条件下)可育，可用作保持系进行繁殖；其它携带正常可育基因的品系均可用作父本在限制性条件下为环境敏感型GMS品系授粉，获得育性恢复的F₁杂交种。最近几年，以隐性雄性不育基因为基础并结合基因工程手段创制的第三代杂交技术在水稻和小麦中逐渐成熟(Changet al.,2016；Wang et al.,2017)。该技术的前提是获得败育彻底的雄性不育基因，其优势是可以获得100％不育的隐性核不育群体，近而获得不含转基因成分的杂种F₁，是一种稳定高效、不育系和保持系一体的新型不育杂交育种体系。不管是“三系法”、“两系法”，还是基于基因工程的第三代杂交技术，发掘和鉴定败育彻底的雄性不育基因是植物杂种优势利用的前提。

发明内容