雄性不育基因ZmbHLH122及其在创制玉米雄性不育系中的应用制造技术

本发明专利技术公开了雄性不育基因

【技术实现步骤摘要】
雄性不育基因ZmbHLH122及其在创制玉米雄性不育系中的应用
本专利技术属于植物生物技术育种领域，具体涉及雄性不育基因ZmbHLH122及其在创制玉米雄性不育系中的应用。
技术介绍
玉米是我国第一大粮食作物，常年播种面积在5.5亿亩以上，玉米种业健康发展对保障国家粮食安全有着重大的战略意义。同时，玉米种业也是全球市值最大、商业化程度最高、科技含量最高的种业领域，是全球种业竞争的战略要地。我国玉米种业与国际领先水平相比，在科技创新和产业模式等方面，仍然存在巨大差距。一是受限于玉米雄性不育基础研究尚未取得根本性突破等因素，导致玉米自交系知识产权保护困难，造成近年来我国玉米种业长期存在跟随性、模仿性育种现象，重大新品种选育效率缓慢。二是玉米制种产业仍然处于依靠人工去雄为主的劳动密集型阶段，成本高，资源消耗巨大，种子质量难以保障。玉米是杂种优势利用最成功的作物之一，雄性不育系是作物杂种优势利用和杂交制种的重要材料，主要包括细胞质雄性不育（CMS）和细胞核雄性不育（GMS）。CMS是由线粒体基因和核基因共同控制的，虽然已应用于玉米育种和杂交种生产中，但存在资源利用率低、不育系胞质单一、易感病等问题。GMS由核基因单独控制，可以克服CMS缺陷，但很难通过常规育种方法大量繁殖纯合不育系。近年来，随着生物技术的进步，通过基因工程和分子设计育种相结合创制的玉米多控不育技术以及植物通用型显性不育技术，可以有效地解决玉米隐性核雄性不育系的保持和繁殖问题。实现上述技术应用的重要前提是获得大量功能明确的控制玉米雄性发育的GMS基因和对应的雄性不育材料。与模式植物拟南芥和模式作物水稻相比，玉米中已克隆和鉴定的GMS基因和创制的雄性不育材料均相对较少。CRISPR/Cas9（Clustered,RegularlyInterspaced,ShortPalindromicRepeats-associatedEndonuclease9）基因编辑技术由于具有成本低廉、操作简易和突变诱导率高等特点，被越来越广泛地应用于植物基因功能研究，作物遗传改良和育种等多个方面，应用前景十分广阔。利用CRISPR/Cas9技术挖掘鉴定玉米雄性不育候选基因和创制雄性不育材料，可以快速丰富玉米GMS基因和不育材料资源，从而促进玉米不育化育种和制种的推广和应用，最终可以有效解决我国玉米种业行业长期面临缺乏稳定的玉米不育系和突破性大品种的瓶颈问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供雄性不育基因ZmbHLH122及其在创制玉米雄性不育系中的应用，可以用来创制玉米雄性不育系，从而应用于玉米杂交育种和制种。为实现上述目的，本专利技术提供了ZmbHLH122基因在控制玉米雄性生殖发育中的应用，其特征在于，所述基因的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。一般可以预见这些来自不同植物或不同玉米材料中的同源基因具有相同或者相似的功能，因此同样可以利用这些基因改良植物的农艺性状。进一步，即使不能预见这些基因的功能，本领域的一般技术人员可以根据本专利技术提供的方法和现有技术测定它们是否具有控制植物雄性育性的功能。在另一方面，本专利技术还提供了根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述基因的核苷酸序列为SEQIDNO.1所示。在另一方面，本专利技术还提供了一种创制玉米雄性不育系的方法，其特征在于，抑制玉米中权利要求1或2所述基因的表达和/或活性，选择玉米雄性不育的植株。在一些实施方案中，上述抑制基因表达和/或活性的方法包括基因编辑、RNA干扰、T-DNA插入中任一种。在一些实施方案中，上述基因编辑采用CRISPR/Cas9方法。在一些实施方案中，所述CRISPR/Cas9方法包括：在所述基因第一外显子和第二外显子处设计CRISPR/Cas9载体靶点，所述靶点的DNA序列如SEQIDNO.3，SEQIDNO.4，SEQIDNO.5或SEQIDNO.6所示。在另一方面，本专利技术还提供一种获得bhlh122雄性不育系的方法，将通过上述方法获得的bhlh122雄性不育系与目标材料进行杂交和回交，从而使目标材料获得bhlh122雄性不育的性状和基因突变。本专利技术还包括通过上述任一方法获得的bhlh122雄性不育系在杂交育种和制种中的应用。所述在杂交育种和制种中的应用是指将bhlh122雄性不育系作为母本与其他父本进行杂交，或是将获得的bhlh122雄性不育系与其他目标材料进行杂交和回交，从而使目标材料获得bhlh122雄性不育的性状和基因突变。更进一步地，本专利技术还提供了三种玉米雄性不育系bhlh122的分子标记引物，引物ZmbHLH122-F1和ZmbHLH122-R1序列分别如SEQIDNO.7和SEQIDNO.8所示；引物ZmbHLH122-F2和ZmbHLH122-R2序列分别如SEQIDNO.9和SEQIDNO.10所示；引物ZmbHLH122-F3和ZmbHLH122-R3序列分别如SEQIDNO.11和SEQIDNO.12所示。本专利技术的优点及有益效果如下：关于ZmbHLH122（Zm00001d017724）基因及编码的蛋白调控玉米雄性生殖发育的确切功能目前并没有报道过，虽然2018年Liu等（见相关文献）人通过基因组的共表达分析，发现该基因与雄性不育基因Ms23（ZmbHLH16）和Ms32（ZmbHLH66）等具有共表达模式，从而推测其也与雄性发育相关，可能为潜在的雄性不育基因，但文章中无任何功能验证实验证明其在雄性发育方面的功能。本专利技术通过利用CRISPR/Cas9方法突变玉米基因ZmbHLH122（Zm00001d017724），发现了ZmbHLH122（Zm00001d017724）基因对玉米雄穗发育的确切调控功能，首次通过实施方案验证了和明确了该基因的功能。同时利用CRISPR/Cas9基因编辑的方法和编辑后获得的了blhh122雄性不育突变体，可以创制玉米雄性不育系，从而可以应用于玉米杂交育种和制种。针对三种blhh122的雄性不育系开发共分离分子标记，可用于植株的育性等位基因鉴定、分子标记辅助育种中目标单株的筛选和种子纯度鉴定等。附图说明图1为ZmbHLH122基因在玉米不同发育时期花药中的表达模式分析S5，造孢细胞时期；S6,小孢子母细胞时期；S7，减数分裂开始时期；S8a，减数分裂Ⅰ，二分体时期；S8b，减数分裂Ⅱ，四分体时期；S8b-9，四分体-单核小孢子时期；S9，单核小孢子时期；S9-10，单核小孢子-小孢子空泡化时期；S10，小孢子空泡化时期；S11，小孢子第一次不均等有丝分裂，二核小孢子时期；S12，小孢子第二次有丝分裂，三核小孢子时期。图2为pCas9-ZmbHLH122定点突变表达载体的物理图谱pCas9-ZmbHLH122-A：从T-DNA的左边界到右边界分别是除草剂抗性基因Bar的表达盒；核酸酶编码基因Cas9的表达盒；ZmbHLH122基因靶标2（MT2）的表达盒；靶标1（MT1）的表达盒。pCas9-ZmbHLH122-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.

【技术特征摘要】
1.ZmbHLH122基因在控制玉米雄性生殖发育中的应用，其特征在于，所述基因的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述基因的核苷酸序列为SEQIDNO.1所示。


3.一种创制玉米雄性不育系的方法，其特征在于，抑制玉米中权利要求1或2所述基因的表达和/或活性，选择玉米雄性不育的植株。


4.根据权利要求3所述创制玉米雄性不育系的方法，其特征在于，所述抑制基因表达和/或活性的方法包括基因编辑、RNA干扰、T-DNA插入中任一种。


5.根据权利要求4所述创制玉米雄性不育系的方法，其特征在于，所述基因编辑采用CRISPR/Cas9方法。


6.根据权利要求5所述创制玉米雄性不育系的方法，其特征在于，所述CRISPR/Cas9方法包括：在所述基因第一外显子和第二外显子处设计CRISPR/Cas9载体靶点，所述靶点的DNA序列如SEQIDNO.3，SEQIDNO.4，SEQIDNO.5或SEQIDNO.6所示。


7.一种获得bhlh122雄性不育系的方法，其特征在于，通过权利要求3-6之任一所述方法获得的bhlh122雄性不育系与目标材料进行杂交和回交，从而使目标材料获得bhlh122雄性不育的性状和基...

【专利技术属性】
技术研发人员：万向元，江易林，安学丽，刘欣泽，张少伟，颜廷玮，侯全璨，谢科，赵丽娜，李金萍，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京中智生物农业国际研究院，北京首佳利华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11