包含雄性育性恢复等位基因的小麦制造技术

本发明专利技术属于植物遗传学和植物育种领域。本发明专利技术更具体地涉及携带对提莫菲维小麦CMS细胞质具有特异性的育性基因的恢复子的小麦转基因植物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含雄性育性恢复等位基因的小麦
本专利技术属于植物遗传学和植物育种领域。更具体地，本专利技术涉及携带对提莫菲维小麦(T.timopheevii)CMS细胞质具有特异性的育性基因的恢复子的小麦植物。
技术介绍
杂交生产基于杂交两个亲本系以增加杂交种优势并事实上增加遗传变异性，从而产生具有更高产量并更好地适应环境胁迫的新品种或基因型。甚至在主要自花受精物种(如小麦)中，研究也表明杂交种品系表现出改进的品质和对环境和生物胁迫的更大耐受性。为了促进商业上可行的杂交生产速度，必须避免自花受精，即同一植物的花粉对雌性器官的受精。期望雌性亲本的雌性器官仅与雄性亲本的花粉受精。为了获得可靠和有效的系统来生产杂交生产所需的种子，通常需要三个基本要素：诱导雄性不育的手段、繁殖不育的手段和恢复育性的手段。例如，完全基于遗传的系统由雄性不育系(雌性亲本)、可育维持系(允许雄性不育系繁殖的雄性亲本)和育性恢复系(用于杂交生产的雄性亲本)组成。雄性不育可以通过三种不同方式来实现。手动去雄是最简单的一种，并且仍然在一些将雄花和雌花分开的物种(例如玉米)中使用。但是，在花中包含雌性和雄性器官两者的物种(如小麦)中，这是不切实际的。也可以通过具有杀配子作用的化学杂交剂(CHA)诱导雄性不育。目前，只有少数商业化杂交小麦品种基于该技术，因为它能够承受显著的金融风险。最后，也可以通过遗传手段诱导雄性不育。在玉米或高粱中存在许多基于通过遗传手段诱导的雄性不育的杂交系统的实例，表明与之前提到的两种技术相比，该技术占优势。但是，在主要自花授粉的其他物种(如小麦)中，杂交生产仍然是一个挑战(Longinetal,2012)。1951年在小麦中观察到第一例雄性不育(Kihara,1951)，其中观察到不育由尾状山羊草(AegilopscaudataL.)的细胞质和普通小麦的erythrospermum变种的细胞核之间的不相容性引起。随后对提莫菲维小麦细胞质的研究表明，该细胞质能够诱导普通小麦(T.aestivum)的不育(WilsonandRoss,1961,CropSci,1:191-193)。Orf256之前被鉴定为是对提莫菲维小麦线粒体基因组具有特异性的基因(RathburnandHedgcoth,1991；SongandHedgcoth,1994)，但是，尚需证明orf256是提莫菲维小麦CMS的遗传决定因子。预期这种细胞质可用于杂交生产系统。但是，主要的局限性是难以发现完全显性且没有负性副作用(特别是对产量)的稳定的育性恢复基因。已经报道了携带提莫菲维小麦CMS细胞质(T-CMS细胞质)的雄性不育植物的育性恢复，并且八个主要的恢复基因座(命名为Rf1-Rf8)已被鉴定并大致位于小麦基因组中。最有效的恢复基因座之一是Rf3(MaandSorrells,1995；Kojimaetal,1997；Ahmedetal2001；Geyeretal2016)。两个SNP标记允许Rf3基因座在染色体1B上的2cM片段内定位(Geyeretal,2016)。作者指出，这些标记不是诊断标记。尽管理解恢复正常的花粉育性可能需要两个或更多个Rf基因座，但众所周知，取决于环境条件，存在修饰子基因座，其具有带有较低外显率的较小作用(Zhouetal2005,Stojalowskietal2013)，或对育性具有抑制作用(Wilson,1984)。尚不清楚在不同的遗传背景和环境条件下需要哪种基因或基因座的组合以完全恢复T-CMS。在这种情况下，开发能够完全恢复花粉育性的技术对小麦至关重要。因此，本专利技术的目的是提出小麦中合适的育性恢复基因，以开发可用于种子工业的杂交生产系统。专利技术概述本公开的第一目的涉及编码提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的Rf1蛋白恢复子的分离的Rf1核酸，其中相应的氨基酸序列与SEQIDNO:361具有至少95％同一性，优选至少96％、97％、98％、99％或100％同一性。Rf1核酸的实例包含SEQIDNO:3119。本公开还涉及包含这种Rf1核酸和任选的一种或多种包含Rf3、Rf4和/或Rf7恢复等位基因的核酸作为转基因元件的转基因小麦植物。另一方面涉及包含这种Rf1核酸和任选的一种或多种包含Rf3、Rf4和/或Rf7恢复等位基因的核酸作为基因工程化元件的基因工程化小麦植物。在特定实施方案中，与不含这种转基因元件或基因工程化元件的亲本植物相比，所述转基因元件或基因工程化元件表达恢复或改进所述植物的雄性育性的多肽。另一方面涉及提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的小麦植物恢复子，其包含这种Rf1恢复等位基因，和在恢复基因座内的至少两个选自Rf3、Rf4和Rf7的育性恢复等位基因，其中，·Rf3基因座位于距SEQIDNO:3205的标记cfn1249269或SEQIDNO:3228的标记BS00090770至多10cM，·Rf7基因座位于距SEQIDNO:3231的标记cfn0919993至多10cM，并且，·Rf4基因座位于距SEQIDNO:3233的标记cfn0393953至多10cM。本公开还提供了生产如上所述的转基因小麦植物的方法，其中所述方法包括以下步骤：用一种或多种编码提莫菲维小麦CMS细胞质的蛋白恢复子的Rf1核酸转化亲本小麦植物，选择包含所述一种或多种核酸作为转基因的植物，再生和生长所述小麦转基因植物。本公开的一部分还在于生产如上所述的遗传修饰的小麦植物的方法，其中所述方法包括以下步骤：优选通过基因组编辑对亲本小麦植物进行遗传修饰以在其基因组中获得编码提莫菲维小麦CMS细胞质的Rf1蛋白恢复子的一个或多个核苷酸序列，选择包含所述一个或多个核苷酸序列作为基因工程化元件的植物，再生和生长所述基因工程化小麦植物。本专利技术还涉及通过杂交生产小麦植物的方法，所述方法包括以下：·提供第一小麦植物，所述第一小麦植物包含一个或两个选自Rf1、Rf3和Rf7恢复等位基因的恢复等位基因，·使所述第一小麦植物与第二小麦植物杂交，所述第二小麦植物包含一个或两个选自Rf1、Rf3和Rf7恢复等位基因的恢复等位基因，其中Rf1、Rf3和Rf7恢复等位基因在所述第一植物和所述第二植物提供的一组恢复等位基因中出现至少一次，·收集F1杂交种种子，·从F1植物获得纯合植物，·任选检测所述杂交种种子中和/或每一代中Rf1、Rf3和Rf7恢复等位基因的存在。优选地，在这种方法中，所获得的小麦植物的育性得分高于亲本小麦植物的育性得分。本公开还涉及用于生产转基因或基因工程化小麦植物的方法，其中改变所述植物的育性水平，包括敲低Rf1恢复等位基因表达的步骤，其中所述Rf1恢复等位基因包含Rf1核酸。本公开还涉及用于生产小麦杂交种植物的方法，包括以下步骤：·将包含提莫菲维小麦细胞质的不育雌性与如上所述的可育雄性小麦植物杂交；·收集杂交种种子；·任选检测所述杂交种种子的杂交种性水平。通过上述方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离的Rf1核酸，其编码提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的Rf1蛋白恢复子，其中相应的氨基酸序列与SEQ ID NO:361具有至少95％同一性，优选至少96％、97％、98％、99％或100％同一性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171031 EP 17306501.2;20171031 EP 17306500.4;20181.一种分离的Rf1核酸，其编码提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的Rf1蛋白恢复子，其中相应的氨基酸序列与SEQIDNO:361具有至少95％同一性，优选至少96％、97％、98％、99％或100％同一性。


2.权利要求1的分离的核酸，其包含SEQIDNO:3119。


3.一种转基因小麦植物，其包含权利要求1或2的Rf1核酸，和任选的一种或多种包含Rf3、Rf4和/或Rf7恢复等位基因的核酸作为转基因元件。


4.一种基因工程化小麦植物，其包含权利要求1或2的Rf1核酸，和任选的一种或多种包含Rf3、Rf4和/或Rf7恢复等位基因的核酸作为基因工程化元件。


5.权利要求3或4的小麦植物，其中与不含这种转基因元件或基因工程化元件的亲本植物相比，所述转基因元件或基因工程化元件表达恢复或改进所述植物的雄性育性的多肽。


6.一种提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的小麦植物恢复子，其包含权利要求1或2所述的Rf1恢复等位基因，和在恢复基因座内的至少两个选自Rf3、Rf4和Rf7的育性恢复等位基因，其中，
i.Rf3基因座位于距SEQIDNO:3205的标记cfn1249269或SEQIDNO:3228的标记BS00090770至多10cM处，
ii.Rf7基因座位于距SEQIDNO:3231的标记cfn0919993至多10cM处，和
iii.Rf4基因座位于距SEQIDNO:3233的标记cfn0393953至多10cM处。


7.权利要求3-6任一项所述的小麦植物，其中所述植物包含Rf1、Rf3和Rf7恢复等位基因。


8.权利要求3-7任一项所述的小麦植物，其特征在于，其在Rf3基因座内包括至少一个Rf3恢复等位基因，所述Rf3恢复等位基因位于SNP标记cfn1249269和BS00090770之间的染色体片段内。


9.权利要求8所述的小麦植物，其中Rf3恢复等位基因的相应的氨基酸序列与选自下组的氨基酸序列具有至少95％同一性，优选至少96％、97％、98％、99％或100％同一性：SEQIDNO:158、SEQIDNO:676和SEQIDNO:684。


10.权利要求8或9所述的小麦植物，其中所述Rf3基因座包含SEQIDNO:1712、SEQIDNO:3147或SEQIDNO:2230、SEQIDNO:3148或SEQIDNO:2238。


11.权利要求3-10任一项所述的小麦植物，其特征在于，其在Rf7基因座内包括至少一个Rf7恢复等位基因，所述Rf7基因座的特征在于存在一个或多个以下恢复子SNP等位基因：





12.权利要求3-11任一项所述的小麦植物，其特征在于其包括至少一个编码提莫菲维小麦CMS细胞质的育性的Rf4蛋白恢复子的Rf4恢复等位基因，其中相应的氨基酸序列与选自下组的氨基酸序列具有至少95％同一性，优选至少96％、97％、98％、99％或100％同一性：SEQIDNO:477和SEQIDNOs3135-3138。


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【专利技术属性】
技术研发人员：P·瓦雷纳，J·科玛德兰，S·斯皮瑟尔，A·穆里格纽，J·梅洛内克，I·斯玛尔，P·佩雷兹，J·杜阿尔特，JP·皮尚，S·勒瓦杜克斯，J·马丁，F·托尼，
申请(专利权)人：维尔莫林公司，利马格兰集团，
类型：发明
国别省市：法国;FR