选择性产生雄性或雌性不育植物的方法技术

本发明专利技术公开了一种生产雄性或雌性不育植物的方法，该方法包括步骤：用多核苷酸转化植物材料，该多核苷酸编码至少一种与非毒害植物的物质反应产生毒害植物物质的酶，再生这种转化的材料为植物，其中不超过雄性或雌性配子形成和／或成熟的时期，向所述植物施用所述非毒害植物的物质，由此，非毒害植物的物质提供了毒害植物的物质的产生，该毒害植物的物质选择性阻止了所述配子的形成或使其没有功能，其中酶优先在雄性或雌性生殖结构中表达，其特征在于：（ｉ）非毒害植物的物质选自：对非绿色组织有直接植物毒性的非膦酸酯除草剂的酯衍生物，Ｄ－α氨基酸，非蛋白质Ｄ－α氨基酸的肽衍生物，芳氧基苯氧丙酸类的Ｓ－对映体和芳氧基苯氧丙酸的酯衍生物的Ｓ－对映体，和（ｉｉ）酶选自：羧酸酯酶、Ｄ－氨基酸氧化酶、Ｄ－氨基酸脱氢酶、Ｄ－氨基酸消旋酶、２－芳基丙酰－ＣｏＡ差向异构酶、α－甲酰基－ＣｏＡ消旋酶、硫酯酶和酰基－ＣｏＡ合成酶。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
农作物植物中的杂种优势对产量提高有显著的影响。一般地，杂种与非杂种品种比较显示了增加的产量。杂种通常给予生长因子诸如水和肥料更多的回报单元(return unit)。杂种常常提供优良的胁迫耐受性、产量和成熟的一致性，也提供了联合以其它方式难以联合的特性或性状的简单育种机会。通常，植物中的杂种优势对于保证商业性开发足够重要。商用杂种广泛地用于许多农作物包括玉米、高梁、甜菜、向日葵和芸苔中。然而，主要是由于缺少经济性杂种种子的生产方法，所以主要还是以近亲交配培育小麦、大麦和水稻。传统地，杂种种子生产涉及以一定行距种植分开区块的雌性和雄性亲本系，仅收获雌性亲本的种子。为了确保该种子是杂种，必需通过使得该株系雄性不育来最小化雌性亲本系的自花授粉。使得雌性亲本株系雄性不育的方法包括机械、化学和遗传方法。在雌雄同株植物，诸如玉米中，通过去雄雄性花序可以机械地、容易地获得雄性不育。然而，大多数农作物是雌雄异株，并且在相同的花朵中具有雄性和雌性器官，这使得这种物理去雄不实际。因此有时利用遗传方法。出现的遗传雄性不育性状正常地受核基因控制，核基因中通常相对于相应的能育相关的等位基因，不育表型相关的等位基因隐性地表达。遗传雄性不育出现时正常地与单个隐性基因相关，而为了表达雄性不育，该单个隐性基因必需是纯合的。为了实际利用这种遗传雄性不育性状，育种者通常开发表型一致的雌性株系，该雌性株系分离为雄性不育和雄性能育植物。一旦鉴定雄性能育植物，就需要去劣，这是费力的。因为雄性能育植物是种群维持所必需的，所以不能从种群中排除它们，所以维持亲本株系总是存在问题。除了依赖于天然雄性不育等位基因的存在，也可以利用分子生物学的方法。可以基因工程改造植物，使得植物表达例如反义或核酶基因，该反义或核酶基因减少或消除了能生育的花粉形成必需的关键基因的表达。这种转基因的植物株系是雄性不育的，并且通过利用来源于雄性可育植物的花粉杂交，用于杂种种子的生产。这种株系的主要问题是通过它们与等基因可育株系杂交，它们在随后世代中只能维持杂合状态。这在产量是至关重要的杂种种子生产中可能是个问题。尽管，例如，通过连接除草剂抗性和雄性不育，可以选择性去劣雄性可育植物，但是仍旧必需在最初以超高的密度种植植物。胞质雄性不育用于商业杂种生产需要稳定的雄性不育胞质和花粉来源。雄性不育的胞质遗传系统需要3种类型用于杂种生产的株系存在，A株系(胞质雄性不育)，B株系(雄性可育维持系)和R株系(具有恢复系基因的雄性可育)。该系统产生的三方面杂交涉及4种株系的维持和产生，一种近交的A和B株系，其它两种株系的雄性可育近亲交配。依靠单一来源的雄性不育胞质可能最小化育种灵活性，并且产生对特定疾病具有大规模敏感性的后代。也可以通过抑制能生育的花粉形成的化学试剂的应用生产杂种种子。这些化学试剂称为杀配子剂，用于赋予短暂的雄性不育。但是杀配子剂的费用、注册性和可靠性限制了它们的应用。传统杂种种子生产系统的缺点是需要分开种植成排或成区块的雄性和雌性亲本株系。这里，低效率的授粉是农作物物种，诸如小麦中特别棘手的问题，这种物种释放不能随风漂移很远的小量的花粉。在这种农作物中，多达三分之二的杂种生产田地需要专门用于雄性花粉供体植物，因此杂种种子生产变得不经济。为了在小麦和其它农作物中获得更经济的种子生产，必需移动雄性和雌性植物使得它们更靠近以进行更有效的花粉转移；通过在同一排中相互间隔几厘米间作雄性和雌性植物，以进行最有效的花粉转移。在这种系统中，仅从(雄性不育)雌性亲本收获种子不实际。通过在种植混合中利用尽可能低百分数的这种雄性亲本植物和/或通过利用雌性不育的雄性植物可以最小化来源于雄性亲本的非杂种种子的污染。尽管已经描述了构建显性雌性不育株系的方法(EP 412,006 A1(1990)；Goldman等，(1994)EMBO.J.，13，2976-2984)，但是，如同雄性不育株系一样，该株系必需保持为杂合子。因此，需要杂种种子生产的简单、经济的方法。特别地，为了有效地生产杂种种子，需要提供可以作为纯合株系容易维持并且可用于有效的杂种种子生产的雄性不育雌性亲本株系和雌性不育雄性亲本株系。现有技术中所述用于达到该目的的方法包括这样的方法其中从雄性和雌性亲本株系生产杂种种子，该雄性和雌性亲本株系的至少一个亲本株系包含优先地在花组织中表达的异源嵌合基因，其根据非毒害植物的物质的外源施用，有条件地使得该株系不育，该非毒害植物的物质可以被异源嵌合基因编码并且优先地在雄性或雌性生殖结构中表达的酶特异地和局部地转化为毒植物素。非毒害植物的物质可以是除草剂前体。具有这种有条件不育亲本株系的优点是它使得它们能够做为关于不育性性状的纯合子维持。只有外源施用非毒害植物的物质时，才破坏了可育性。在一个这种条件性雄性不育性系统的例子中，编码脱乙酰基酶的基因优先地在雄性花组织的花药毡绒层细胞中表达，在该细胞中，它转化外源施用的除草剂前体N-乙酰L膦丝菌素为毒植物素L膦丝菌素，因此，阻止能生育的花粉形成。在另一个相似例子中(i)细菌细胞色素P450的毡绒层优先表达催化除草剂前体R7402转化为阻止能生育的花粉产生的磺脲毒植物素和(ii)膦酸单酯水解酶的毡绒层优先表达催化甘油草甘磷除草剂前体转化为毒植物素草甘磷，其也阻止能生育的花粉的产生。WO 98/03838描述了有条件雌性不育性系统的例子，其中能将除草剂前体转化为毒植物素的酶优先在雌性生殖结构中表达。尽管存在生产有条件不育的雄性和雌性亲本系的这些方法，但是在农作物诸如小麦中，杂种种子的生产远远没有常规化。本专利技术涉及，尤其是现有技术中关于有条件雄性不育的雌性亲本系和有条件雌性不育的雄性亲本系产生的改进。
技术实现思路
本专利技术涉及作物杂种种子生产方法的改进。特别地，本专利技术涉及从雄性和雌性亲本系生产杂种种子的方法，其中该雄性和雌性亲本系的至少一个亲本系是有条件雌性或雄性不育，该有条件雌性或雄性不育取决于对作物是非毒害植物性的物质的外源施用，该物质包括除草剂前体。本专利技术还涉及在一定时期和以足够的量施用所述非毒害植物的物质的方法，其中该时期和足够的量能够最小化或阻止有条件不育亲本系中的自花受精。本专利技术也涉及也涉及产生有条件雄性或雌性不育植物的方法，该方法包括i)用单独或一起编码一种或多种酶的一种或多种嵌合基因转化植物材料，所述酶具有与优选地为除草剂前体形式的非毒害植物的物质反应以产生毒害植物物质的能力。酶在一个或多个启动子可操作控制下表达，其中在有条件雄性不育植物的情况下，所述启动子引起酶优先在雄性生殖结构中表达，或者在有条件雌性不育植物的情况下，所述启动子引起所述酶优先在雌性生殖结构中表达。植物材料再生为有条件雄性或雌性不育的形态学正常的可育植物。本专利技术也包括有条件雄性不育植物联合有条件雌性不育植物以更有效生产杂种种子的用途，一些除草剂前体做为非毒害植物的物质的用途，和嵌合基因更有效地生产杂种种子的用途，用于本专利技术的嵌合基因和酶。本专利技术也提供了有条件雄性不育，有条件雌性不育植物，这些植物的种子和通过该方法生产的杂种种子。在本专利技术优选的实施方式中，生产杂种种子的方法应用的农作物植物是玉米、稻、高梁、小麦、黍、燕麦、芸苔(canola)和大麦。根据本专利技术，提供了生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产雄性或雌性不育植物的方法，该方法包括步骤：用多核苷酸转化植物材料，该多核苷酸编码至少一种与非毒害植物的物质反应产生毒害植物的物质的酶，和将由此转化的材料再生为植物，其中不超过雄性或雌性配子形成和／或成熟的时期，向所述植物施用所述非毒害植物的物质，使得非毒害植物的物质提供毒害植物的物质的产生，该毒害植物的物质选择性地阻止所述配子的形成或使其没有功能，其中所述酶优先在雄性或雌性生殖结构中表达，其特征在于：（ｉ）非毒害植物的物质选自：对非绿色组织有直接植物毒性的非膦酸酯类除草剂的酯衍生物，Ｄ－α氨基酸，非蛋白质Ｄ－α氨基酸的肽衍生物，芳氧基苯氧丙酸类的Ｓ－对映体和芳氧基苯氧丙酸类的酯衍生物的Ｓ－对映体，和（ｉｉ）所述酶选自：羧酸酯酶、Ｄ－氨基酸氧化酶、Ｄ－氨基酸脱氢酶、Ｄ－氨基酸消旋酶、２－芳基丙酰－ＣｏＡ差向异构酶、α－甲基酰基－ＣｏＡ消旋酶、硫酯酶和酰基－ＣｏＡ合成酶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TR豪克斯，G米歇尔，ST哈德菲尔德，PA汤普森，R维尼尔，张雁，
申请(专利权)人：辛根塔有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]