控制水稻雄性育性的蛋白及其编码基因和应用制造技术

本发明专利技术公布了一种控制水稻雄性育性的蛋白及其编码基因和应用。所述蛋白具有序列表中SEQ ID NO：3所示的氨基酸序列，其编码基因的基因组DNA序列和cDNA序列分别如序列表中SEQ ID NO：1和SEQ ID NO：2所示。本发明专利技术通过定点突变和功能验证证明该基因具有控制水稻雄性育性的功能，在野生型水稻中突变该基因，可获得雄性不育水稻品系，在水稻育种中具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于植物基因工程
，具体涉及一种控制水稻雄性育性的基因及该基因的用途。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是最重要的粮食作物之一。全世界一半左右的人口以水稻作为主食，尤其是人口总数超过世界总人口数60％的亚洲各国。提高水稻的产量是全世界水稻育种家的长期目标。目前水稻育种有两种主要途径。一种是通过杂交和回交等手段，选育高产稳产的常规稻品种。常规稻无需杂交制种，方便省力；一般地，常规稻的米质好于常见的杂交稻。但是常规稻自留种连年种植经常会产生品种混杂衰退，影响水稻产量。而杂交稻是另外一种水稻育种的成功方法。杂交水稻是指用两个遗传背景不同的水稻亲本，经过杂交得到的F1代的种子，将F1代种子直接提供给农民种植。F1代具有明显的杂种优势，田间种植后表现出高产、优质和多抗等优良性状。目前常用的杂交水稻系统有三系杂交稻和两系杂交稻两种。三系杂交稻包括不育系、保持系和恢复系三系。雄性不育系的雄性器官发育不正常，不能自交结实，雌性器官却发育正常能接受外来花粉而受精结实。雄性不育系接受恢复系的花粉授给后，结实正常，而且新产生的杂种一代育性恢复正常，能自交结实，并具有较强的优势。不育系自交不结实，需要通过保持系为其授粉结实，而后代仍保持雄性的不育特性。目前，三系杂交水稻种的不育系均为细胞质雄性不育系，其中野败型、红莲型和包台型是国际公认的3种细胞质雄性不育水稻主要类型。两系杂交水稻中，不育系通常为光温敏不育系。在某些光温等外界条件下，不育系的育性得到恢复，可以收获自交种子，用于下年的制种，因而不再需要额外的保持系。三系杂交稻的不育系一般选自细胞质雄性不育株系，而光温敏不育系一般为核基因控制育性。杂交水稻已经在生产广泛应用。经过多年的努力，科学们在水稻细胞质雄性不育的调控机制方面已经取得较多进展，同时也克隆了数十个调控雄性不育的核基因。已经鉴定出的调控水稻雄性不育的核基因主要作用于水稻雄蕊发育的中后期，影响了包括减数分裂的进程、绒毡层的发育和降解、花粉外壁的沉积、花粉囊的开裂和药室内的氧化还原状态等在内的多个过程。尽管已取得上述研究进展，但控制水稻育性的分子机理仍然不很清楚，尤其是调控水稻早期雄蕊发育的基因，更是鲜有报道。现有的研究证明，利用转基因技术结合新近开发的植物基因组编辑技术，将有助于揭示控制重要农业性状的基因功能，从而有助于更加快速地挖掘潜在的可能用于育种实践的基因，高效地培育出具有实际生产应用价值的优良水稻新品种。但现有的成果还极少能够直接投入到生产应用中，更多的参与调控水稻雄性不育的基因还有待发现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种控制水稻雄性育性的蛋白及其编码基因，用于阐明水稻雄性不育的调控机制，为杂交水稻的培育提供潜在的育种资源。本专利技术通过遗传研究发现了一个调控水稻雄蕊早期发育的蛋白，当该编码基因敲除后，可使水稻的雄蕊发育异常，并且完全不能产生花粉，最终导致雄性不育。本专利技术所提供的控制水稻雄性育性的蛋白，命名为OsMPL，来源于水稻(Oryzasativa)品种日本晴，具有下述氨基酸序列之一：1)序列表中的SEQIDNO：3；2)序列表中的SEQIDNO：3氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的具有同等功能的氨基酸序列。序列表中的SEQIDNO：3由349个氨基酸残基组成。对氨基酸残基进行取代、缺失或添加的方法均是本领域技术人员所熟知的，通常是利用基因工程的手段对其编码基因进行突变，然后再表达出相应的蛋白。通过在植物中表达所述蛋白，并测试这些植物的花药和花粉的发育情况，可以判断发生这些变化后的蛋白是否还具有控制水稻雄性育性的功能。本专利技术提供的控制水稻雄性育性的蛋白OsMPL的表达量和/或活性会影响花药和花粉的发育，从而可调控水稻的雄性育性。编码上述控制水稻育性蛋白的编码基因OsMPL可以是所述基因的cDNA序列，也可以是所述基因的基因组DNA序列，或者是与这些序列具有90％以上同源性且编码相同功能蛋白的DNA序列。例如序列表中SEQIDNO：1所示的基因组DNA序列和SEQIDNO：2所示的cDNA序列。敲除或改变所述编码基因的核苷酸序列，使之不能表达所述控制水稻育性的蛋白或降低表达水平，或者使表达的氨基酸序列发生缺失或变异，进而使得该氨基酸序列对应的多肽丧失活性，可导致花粉和花药发育异常。本专利技术所提供的控制水稻雄性育性的蛋白或其编码基因的用途，包括但不限于下述几个方面：1)控制水稻雄性器官的育性；2)作为水稻雄性育性的分子标记；3)创制水稻雄性不育株系；4)创造新的杂种优势利用途径，培育新品种。本专利技术创制水稻雄性不育株系的方法，包括：敲除目的水稻的OsMPL基因，或使目的水稻的该基因突变导致表达的蛋白失活，或者抑制目的水稻中OsMPL基因的表达，得到水稻雄性不育株系；其中所述目的水稻为携带OsMPL基因的水稻。采用常规的基因工程方法即可实现OsMPL基因的敲除或突变，以及抑制或降低的OsMPL基因的表达。可以通过任意已知的基因定点突变或干扰系统来实现，例如CRISPR/Cas9系统、TALEN系统、锌指酶系统、RNA干扰和人工小RNA技术(artificialmicroRNA)等技术手段。在本专利技术的一些实施例中，将靶标OsMPL基因的CRISPR/Cas9载体导入植物细胞、组织或器官，再将被转化的植物细胞、组织或器官培育成植株，得到雄性不育的转基因植物。能够在水稻基因组上对所述OsMPL基因进行定点突变的表达载体、表达盒、转基因细胞系及宿主菌也属于本专利技术的保护范围。本专利技术定点突变水稻基因OsMPL或其同源序列的元件可通过植物表达载体导入植物组织、细胞或器官。用于构建所述植物表达载体的载体可为任意一种可用于根瘤农杆菌或发根农杆菌转化植物的双元载体或可用于植物微弹轰击的载体等，还可为可在原核生物中复制的载体，如pUC系列载体或pBluescript系列载体等。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(GUS基因、GFP基因、萤光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(潮霉素磷酸转移酶基因、羧苄青霉素标记物或卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除莠剂基因)等。携带有突变本专利技术控制雄性育性的水稻基因OsMPL的植物表达载体可通过使用原生质体-化学介导法(Ca2+、PEG)、Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、花粉管导入、微注射、电激、基因枪、农杆菌介导等常规生物学方法中的任何一种或几种方法的组合转化植物细胞、组织或器官，并将转化的植物细胞、组织或器官培育成植株；所述组织和器官可包括宿主植物的果荚、愈伤组织、茎尖、叶片和种子等。此外，通过突变本专利技术控制雄性育性的水稻基因OsMPL的转基因植株进行继代培养后，可从中进一步筛选出基因纯合的突变植株。本专利技术获得的水稻雄性不育株系可以作为母本进行杂交育种。采用常规遗传手段将所述OsMPL基因转入该水稻雄性不育株系的细胞或组织中，再生，可以培育成恢复雄性育性的植株。本专利技术发现了水稻中调控其雄性育性的蛋白及其编码基因OsMPL，突变该基因获得雄性不育的表型。因此，本专利技术涉及的OsMPL基因在植本文档来自技高网...

【技术保护点】
水稻OsMPL蛋白或其编码基因在控制水稻雄性育性中的应用，其特征在于，所述OsMPL蛋白具有下述氨基酸序列之一：1)序列表中的SEQ ID NO：3；2)序列表中的SEQ ID NO：3氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的具有同等功能的氨基酸序列。

【技术特征摘要】
1.水稻OsMPL蛋白或其编码基因在控制水稻雄性育性中的应用，其特征在于，所述OsMPL蛋白具有下述氨基酸序列之一：1)序列表中的SEQIDNO：3；2)序列表中的SEQIDNO：3氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的具有同等功能的氨基酸序列。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，水稻OsMPL蛋白的编码基因的序列是其基因组DNA序列或cDNA序列，或者是与这些序列具有90％以上同源性且编码相同功能蛋白的DNA序列。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述水稻OsMPL蛋白的编码基因的序列如序列表中SEQIDNO：1或SEQIDNO：2所示。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，敲除或改变所述编码基因的核苷酸序列，使之不能表达所述OsMPL蛋白或表达水平降低，或者使表达的氨基酸序列发生缺失或变异，进而使得该氨基酸序列对应的多肽丧失活性，导致水稻雄性不育。5.一种创制水稻雄性不育株系的方法，包括：敲除目的水稻的OsMPL基因，或使目的水稻的OsMPL基因突变导致...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦跟基，郭冬姝，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11