本发明专利技术涉及生物技术领域，具体涉及一种制备玉米雄性不育材料的方法及相关基因。提供的制备雄性不育玉米的方法包括：降低玉米中蛋白质的活性、降低玉米中蛋白质的含量、抑制玉米中蛋白质的编码基因的表达或敲除玉米中蛋白质的编码基因，得到雄性不育玉米；所述蛋白质为如下(A1)或(A2)：(A1)氨基酸序列如SEQ ID NO:3或6所示的蛋白质；(A2)SEQID NO:3或6所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代和/或缺失和/或添加获得的具有相同功能的蛋白质。本发明专利技术通过控制玉米ZmGMS1基因及其编码蛋白的表达获得了玉米雄性不育材料，为玉米杂交育种提供了新的种质资源。育种提供了新的种质资源。
【技术实现步骤摘要】
一种制备玉米雄性不育材料的方法及相关基因
[0001]本专利技术涉及生物
，具体涉及一种制备玉米雄性不育材料的方法及相关基因。
技术介绍
[0002]玉米是重要的粮食作物，其在我国播种面积和产量已超过水稻稳居第一位。玉米籽粒含有78％淀粉、10％蛋白质、4.8％油、8.5％纤维和3.1％糖，有助于降低人体血液中的脂肪(Subhan et al，2020)，是公认的健康食品。此外，玉米被广泛用于牲畜饲料、工业原料和生物燃料。玉米生产主要利用杂种优势，但是杂交种子生产依靠传统的人工去雄或机械去雄的制种方式，往往需要投入大量劳动力，不仅成本高、资源消耗大，而且种子纯度难以保障。因此，发展雄性不育系是未来玉米杂交制种的关键。
[0003]雄性不育包括细胞质雄性不育(CMS)和细胞核雄性不育(GMS)。玉米CMS分为T型、S型和C型三大类，CMS主要是由于线粒体基因的突变和重组导致(Chen et al，2017)，属于细胞质遗传，细胞核中的恢复基因(Rf)能够恢复CMS育性。不育系、保持系、恢复系组成的“三系”配套是玉米CMS应用于生产的技术前提。1950年，美国将T型CMS应用于玉米杂种生产，但是随着播种面积的扩大，导致玉米小斑病T小种爆发，造成巨大经济损失，T型胞质利用因而停止(Ullstrup，1972)。我国利用C型和S型CMS先后培育出豫玉22号、农大3138等不育胞质杂交种，但是CMS玉米杂交种占比不足15％，无法进行大面积推广。主要原因为CMS遗传资源多样性低，导致不育胞质杂交种易受病菌感染。另一方面，CMS不育系的生产需要特殊基因型的保持系，育性恢复也需要强恢复基因，生产上受到严格恢保关系限制，育种资源相对匮乏。
[0004]随着基因组学和分子生物学的发展，玉米目前仅有约26个与GMS相关基因被克隆，其中包括控制玉米光敏雄性不育(PGMS)基因tms5和温敏雄性不育(TGMS)基因tvt1
‑
R资源的发现，为玉米“两系法”杂种优势利用提供指引。“两系法”容易受到外界光温条件改变，造成光温敏核雄性不育系的育性波动，严重影响杂交种子纯度。其他类型的GMS基因通过介导发育过程中脂质代谢、糖代谢、转录因子和sRNA调控，使雄性器官发育缺陷，最终植株表现为完全雄性不育。GMS为细胞核基因控制，可以克服CMS制种缺陷，GMS只能通过杂交后代分离群体中分离不育株，常规育种方法很难大量繁殖纯合不育系。随着现代生物技术的快速发展，利用作物分子设计技术，并结合常规育种方法，有望将隐性核不育基因有效利用起来，通过基因工程和分子操作，开发出的种子生产技术(SPT)、玉米多控不育技术(MCS)以及显性核不育技术(DGMS)，成功地突破玉米GMS自身繁殖遇到的难题，为GMS的应用奠定了基础。因此，挖掘更多新的玉米GMS基因和对应的雄性不育材料是实现上述技术应用的重要前提。
[0005]玉米现有的GMS相关基因遗传资源仍然不够丰富，且已克隆的基因介导不育性状均表现在花药发育畸形、花粉粒无法发育或败育，而关于成熟花粉粒脱水引起的雄性不育报道鲜少，更无相关的雄性不育材料。基因编辑技术和EMS诱变技术为获得雄性不育材料提
供了技术基础，前者可以通过直接编辑候选基因以获得雄性不育材料，后者通过对EMS诱变群体进行筛选从而获得基因功能缺失突变体。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是如何制备雄性不育玉米。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种制备雄性不育玉米的方法。
[0007]本专利技术提供的制备雄性不育玉米的方法，包括：降低玉米中蛋白质的活性、降低玉米中蛋白质的含量、抑制玉米中蛋白质的编码基因的表达或敲除玉米中蛋白质的编码基因，得到雄性不育玉米；
[0008]所述蛋白质的名称为ZmGMS1蛋白质，是如下(A1)或(A2)：
[0009](A1)氨基酸序列如SEQ ID NO:3或6所示的蛋白质；
[0010](A2)SEQ ID NO:3或6所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代和/或缺失和/或添加获得的具有相同功能的蛋白质。
[0011]上述方法中，ZmGMS1蛋白质的编码基因包含如下(b1)
‑
(b4)的任一核苷酸序列：
[0012](b1)SEQ ID NO:1或2所示的核苷酸序列；
[0013](b2)SEQ ID NO:4或5所示的核苷酸序列；
[0014](b3)与(b1)或(b2)限定的核苷酸序列具有75％以上同一性且编码ZmGMS1蛋白质的核苷酸序列；
[0015](b4)编码ZmGMS1蛋白质的核苷酸序列。
[0016]这里使用的术语“同一性”是指与天然核酸序列的序列相似性。所述75％以上同一性可以是80％、85％、90％或95％以上的同一性。
[0017]上述方法可通过CRISPR基因编辑系统对所述ZmGMS1蛋白质的编码基因进行定点编辑实现。
[0018]所述CRISPR基因编辑系统可以是CRISPR
‑
Cas9系统；所述CRISPR
‑
Cas9系统中使用的ZmGMS1蛋白质的编码基因的靶序列可以是靶序列1或靶序列2；
[0019]所述靶序列1为如下(c1)、(c2)或(c3)：
[0020](c1)SEQ ID NO:4的第110
‑
129位的核苷酸序列；
[0021](c2)与(c1)限定的核苷酸序列具有75％以上同一性的由(c1)衍生的核苷酸序列；
[0022](c3)在严格条件下与(c1)限定的核苷酸序列杂交的由(c1)衍生的核苷酸序列；
[0023]所述靶序列2为如下(d1)、(d2)或(d3)：
[0024](d1)SEQ ID NO:4的第6143
‑
6162位的核苷酸序列；
[0025](d2)与(d1)限定的核苷酸序列具有75％以上同一性的由(d1)衍生的核苷酸序列；
[0026](d3)在严格条件下与(d1)限定的核苷酸序列杂交的由(d1)衍生的核苷酸序列。
[0027]所述严格条件可以是在2
×
SSC，0.1％SDS的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次5min，又在0.5
×
SSC，0.1％SDS的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次15min。
[0028]所述方法可通过向玉米中导入靶向所述靶序列1或所述靶序列2的sgRNA的编码基因与Cas9的编码基因，得到雄性不育玉米。
[0029]上述方法中，所述sgRNA的编码基因可通过向玉米中导入含有所述sgRNA的编码基因的重组载体实现。
[0030]所述载体可含有编码所述sgRNA中除间隔序列(spacer)外的其他序列的DNA片段。编码所述间隔序列的DNA可以是所述靶序列1或所述靶序列2。
[0031]所述载体可以是Em
‑
SFR/Cas9表达载体。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制备雄性不育玉米的方法，包括：降低玉米中蛋白质的活性、降低玉米中蛋白质的含量、抑制玉米中蛋白质的编码基因的表达或敲除玉米中蛋白质的编码基因，得到雄性不育玉米；所述蛋白质为如下(A1)或(A2)：(A1)氨基酸序列如SEQ ID NO:3或6所示的蛋白质；(A2)SEQ ID NO:3或6所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代和/或缺失和/或添加获得的具有相同功能的蛋白质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蛋白质的编码基因包含如下(b1)
‑
(b4)的任一核苷酸序列：(b1)SEQ ID NO:1或2所示的核苷酸序列；(b2)SEQ ID NO:4或5所示的核苷酸序列；(b3)与(b1)或(b2)限定的核苷酸序列具有75％以上同一性且编码权利要求1中所述蛋白质的核苷酸序列；(b4)编码权利要求1中所述蛋白质的核苷酸序列。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法通过CRISPR基因编辑系统对所述蛋白质的编码基因进行定点编辑实现。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述CRISPR基因编辑系统为CRISPR
‑
Cas9系统；所述CRISPR
‑
Cas9系统中使用的所述蛋白质的编码基因的靶序列为靶序列1或靶序列2；所述靶序列1为如下(c1)、(c2)或(c3)：(c1)SEQ ID NO:4的第110
‑
129位的核苷酸序列；(c2)与(c1)限定的核苷酸序列具有75％以上同一性的由(c1)衍生的核苷酸序列；(c3)在严格条件下与(c1)限定的核苷酸序列杂交的由(c1)衍生的核苷酸序列；所述靶序列2为如下(...
【专利技术属性】
技术研发人员：漆小泉，熊星辰，谢传晓，闫元元，张春义，路小铎，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：
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