[发明专利]一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用

说明书

本发明公开了一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用。本发明首次通过分析玉米单倍体诱导基因ZmPLA1/ZmMATL在谷子中获得同源基因SiMTL，通过定点敲除SiMTL获得了转基因突变植株，并通过自交或与其他材料杂交成功诱导产生了谷子单倍体。该研究表明敲除谷子SiMTL可以使其具有单倍体诱导能力。为进一步解析SiMTL诱导单倍体产生的分子基础与提高育种效率提供了材料与技术支持。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用。

背景技术

谷子属于禾本科家族的一种C4植物，在干旱和半干旱地区生长，具有基因组小，生长周期短等诸多有点，同时也是是印度和中国等数十个国家的粮食和饲料作物。它是从8000多年前的野生狗尾草驯化而来的，与几种主要的作物，饲料和生物能源草密切相关，包括玉米，高粱，甘蔗和柳枝稷。最近已经对其二倍体基因组进行了测序和注释，从而成为研究C4植物的模型[Yang,Z.et al.Nature plants 2020,6,(9),1167-1178；Doust,A.N.etal.Plant physiology 2009,149,(1),137-141.]。双单倍体(DH)技术可在固定的遗传背景下加速重组单倍型的纯合。尽管目前已经在玉米、水稻、小麦等作物上实现了基于突变一个磷脂酶基因(MATL/ZmPLA1/NLD)来诱导产生单倍体植株[Gilles,L.M.et al.The EMBOjournal 2017,36,(6),707-717；Kelliher,T.et al.NATURE 2017,542,(7639),105-109；Liu,C.et al.MOLECULAR PLANT 2017,10,(3),520-522.]。但是对于谷子这一C4模式作物，尚未报道。

由于单倍体育种方法能显著提高育种效率，鉴于谷子已经发展成为C4模式作物，因此有必要在谷子中建立DH诱导体系，不仅可以节省育种过程的时间和成本，而且可以用来研究与C4作物相关的复杂性状，进一步来解析单倍体诱导产生的分子机制。

发明内容

本发明的目的是提供一种谷子单倍体诱导基因SiMTL及其应用，以解决现有谷子育种效率低的技术问题。

具体而言，本发明首次发现了一种谷子单倍体诱导基因SiMTL，其核苷酸序列如：SEQ ID NO.1所示，其中CDS序列如：SEQ ID NO.2所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如：SEQID NO.3所示。

具体而言，本发明首次提供了一种谷子母本单倍体诱导系的制备方法，具体是沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因，并将用于沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因的物质导入备选谷子中，得到转基因谷子，即为谷子母本单倍体诱导系。

更进一步地，所述沉默或抑制谷子父本基因组中SiMTL基因的表达和/或活性或敲除SiMTL基因是以突变为目的，具体是使谷子父本基因组中SiMTL基因表达量降低或使SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换。

更进一步地，所述使谷子父本基因组中SiMTL基因发生缺失突变或插入突变或碱基替换的方式为CRISPR/Cas9。

更进一步地，所述CRISPR/Cas9的靶序列为SEQ ID NO.1第1135-1154位和/或第1980-1999位。更进一步地，所述谷子雄性不育系682A，由中国农科院作物科学研究所刁现民实验室提供。

具体而言，本发明还提供了一种谷子母本单倍体的制备方法，具体包括如下步骤：将由上述方法制备的谷子母本单倍体诱导系或其后代进行自交或者作为父本与其他谷子材料杂交，得到自交后代或杂交后代，即为所述谷子母本单倍体的制备方法。

更进一步地，所述方法还包括如下步骤：将所述自交后代或所述杂交后代单株进行表型鉴定和/或叶片倍性鉴定，选取至少一种方法鉴定为单倍体的后代单株为谷子母本单倍体。