[发明专利]一种调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19-D蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明提供了一种调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19‑D蛋白及其编码基因与应用，涉及植物基因工程技术领域。本发明提供的调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19‑D蛋白具有如SEQ ID No:1所示的氨基酸序列。所述GhFLA19‑D蛋白是一种类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白，本发明实验发现GhFLA19‑D基因在花药中特异性表达，通过CRISPR/Cas9对该基因进行敲除，发现被完全编辑的转基因植株表现为完全的雄性不育，表现为花药干瘪、不开裂和花粉无活力等特点，其可用于培育棉花雄性不育系。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，尤其是涉及一种调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19-D蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

棉花是世界上重要的经济作物之一，其具有明显的杂种优势。目前，棉花杂种优势的利用仍然以人工去雄为主，需要消耗大量的劳动力，制种成本高。雄性不育系的出现为杂种优势利用指明了新的方向，但是在棉花中对于育性相关的基因的报道较少。因此对该类基因的克隆对于棉花雄性器官的发育机制和棉花的杂种优势利用具有重要意义。

花药作为花粉形成和发育的场所，是整个雄蕊的核心部分；花药发育过程主要经历了从雄蕊原基的出现到花粉粒的成熟释放过程。根据前人对模式植物拟南芥的研究，花药的发育依据其形态结构和细胞基础可以分为两大时期，即孢子体发生阶段和配子体发生阶段(Wallace等，2015)。第一个阶段，雄蕊原基经过细胞的分裂和分化形成完整的花药组织。花药形成典型的四药室结构，花药室通过相连的结缔组织横向连接在维管束上，每个花药室由四层体细胞构成，从外至内依次是表皮(Epidermis)、内层(Endothecium)、中层(Middle Layer)和绒毡层(Tapetum)，他们包围着由造孢细胞发育而成的生殖细胞-花粉母细胞(Microspore Mother Cells，MMCs)。第二个阶段，花药进一步发育扩大，小孢子从四分体分裂，发育为成熟的花粉；与此同时，花药组织逐渐退化，花药开裂，花粉释放。花粉内壁(Intine)是花粉壁的重要组成部分，通常被认为是小孢子自身物质代谢而来，它的发育一般从花药发育的单核期开始。花粉内壁的结构与一般的植物细胞壁类似，其组成主要包括纤维素、半纤维素、果胶多聚物、水解酶和疏水蛋白等。花粉的发育涉及到很多与细胞壁相关的过程，如花粉母细胞的分化、胼胝质的形成与降解以及花粉发育后期花粉细胞内壁的形成。

目前，在棉花中，哪些涉及细胞壁相关的基因对花药和花粉的正常发育具有关键作用尚不清楚。此外，关于调控棉花雄性不育的基因也很少有研究报道。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19-D蛋白及其编码基因与应用。本发明阐明了一种类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白即GhFLA19-D蛋白在调控棉花雄性生殖发育中的应用，为培育棉花雄性不育系提供了育种资源。

本发明提供的技术方案如下：

一种调控棉花雄性生殖发育的GhFLA19-D蛋白，所述蛋白质具有如SEQ ID No:1所示的氨基酸序列。

在一个具体的实施方案中，所述氨基酸序列可以经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生出具有同等功能的氨基酸序列。

一种调控棉花雄性生殖发育的基因，所述基因编码前述GhFLA19-D蛋白，所述基因的CDS序列如SEQ ID No:2所示。

在本发明中，编码GhFLA19-D蛋白的cDNA也在本发明的保护范围之内。本发明还包括与所述GhFLA19-D基因具有90％以上同源性，优选95％更优选99％以上同源性且编码类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白的基因。

含有上述基因的重组载体也属于本发明旨在保护的内容。

所述GhFLA19-D蛋白或所述GhFLA19-D基因在控制棉花雄性生殖发育中的应用，特别地，所述蛋白或所述基因在棉花的花药和花粉发育中有作用。