一种基于GMS2基因建立的农作物遗传智能化育制种系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GMS2基因建立的农作物遗传智能化育制种系统及其应用。本发明专利技术提供的遗传智能化育制种系统的载体包括六种功能元件表达盒：植物雄性育性恢复基因元件表达盒；植物花粉败育基因元件表达盒K

【技术实现步骤摘要】
一种基于GMS2基因建立的农作物遗传智能化育制种系统及其应用


[0001]本专利技术属于农业生物
，具体涉及一种基于GMS2基因建立的农作物遗传智能化育制种系统及其应用。

技术介绍

[0002]杂种优势是杂交后代在一种或多种性状上超越双亲的现象，普遍存在于生物界中。农作物杂种优势利用是农业增产重要手段，杂种优势利用产业化的核心在于母本的雄性不育性。
[0003]“三系法”自70年代开始应用于水稻，其主要原理是，利用不育系、保持系和恢复系来配制杂交种。其基本流程是利用保持系自交繁殖保持系，不育系与保持系杂交繁殖不育系，恢复系与不育系杂交产生杂交种子。由于“三系法”不育系的雄性不育是由细胞核与细胞质的基因互作造成的，导致该方法存在缺陷：只有细胞核含有特定恢复基因的恢复系与不育系杂交后才能恢复杂交种育性，从而生产杂交水稻种子。因而“三系法”种质资源利用率较低，且细胞质的同质化也具有潜在病虫害风险。
[0004]水稻“两系法”的原理是，利用光温敏核不育系与恢复系配制杂交种。该不育系在水稻发育特定时期，环境温度高于23.5度时不育系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于农作物杂交育种制种的遗传智能化育制种系统，其特征在于，含有GAT不育系、GAT保持系和普通恢复系；所述GAT不育系为隐性核雄性不育系，所述GAT保持系为隐性核雄性不育保持系；所述GAT保持系中含有单拷贝的GAT载体；所述GAT载体含有植物雄性育性恢复基因元件表达盒、植物花粉败育基因元件表达盒K
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、植物花粉败育基因元件表达盒K
hv
、基因转化及保持系筛选元件表达盒、除草剂敏感元件表达盒和种子筛选元件表达盒。2.根据权利要求1所述的遗传智能化育制种系统，其特征在于，所述GAT不育系为单隐性细胞核基因控制的不育系，当基因位点为隐性纯合状态时表现为雄性不育；杂合状态及显性纯合状态表现为雄性可育。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的遗传智能化育制种系统，其特征在于，GAT保持系自交结实，所获种子呈1:1分离得到GAT保持系和GAT不育系；两种种子通过保持系筛选元件实现分离，实现GAT保持系的自我繁殖；GAT保持系向GAT不育系授粉使得GAT不育系结实并保持其后代的雄性不育性，从而实现隐性雄性核不育系的繁殖。4.一种基于GMS2基因的GAT遗传智能化育制种系统的GAT载体，其特征在于，所述GAT载体由功能元件表达盒通过接头序列连接构建于终载体上，所述功能元件表达盒分别为：(1)植物雄性育性恢复基因元件表达盒C
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，用于恢复隐性核不育突变体gms2的雄性育性，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；(2)植物花粉败育基因元件表达盒K
5400
，用于清除含GAT的花粉及保持GAT保持系的杂合状态，其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；(3)植物花粉败育基因元件表达盒K
hv
，用于清除含GAT的花粉及保持GAT保持系的杂合状态，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示；(4)基因转化及保持系筛选元件表达盒M
ALS
，用于基因转化及GAT保持系除杂提纯，其核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示；(5)除草剂敏感元件表达盒M
i
，用于清除除草剂敏感的GAT保持系花粉、进行GAT不育系除杂提纯，以及防止种子外逸，其核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示；(6)种子筛选元件表达盒M
zfn
，用于种子机械分选，其核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示。5.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述植物雄性育性恢复基因元件表达盒C
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由启动子、雄性育性恢复基因编码区及终止子依序可正常工作的相连；所述雄性育性恢复基因为GMS2的野生型基因。6.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述植物花粉败育基因元件表达盒K
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或K
hv
由植物花粉特异启动子、信号肽及败育基因编码区及终止子依序可正常工作的相连；优选启动子为玉米PG47启动子、水稻PCHF4、PCHF7、PCHF10、PCHF15、PCHF40或OsPC32启动子；优选败育基因为水稻α
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淀粉酶基因OsAA、玉米α
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淀粉酶基因Zm
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AA1、大麦α
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淀粉酶基因HvAA1、小米α
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淀粉酶基因SiAA、编码细胞分裂素氧化酶的基因，编码半胱氨酸蛋白酶的基因或编码赤霉素氧化酶的基因；终止子为玉米IN2
‑
1或NosT终止子。7.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述基因转化及保持系筛选元件表达盒M
ALS
由启动子、筛选标记基因编码区及终止子依序可正常工作的相连；优选启动子为Actin启动子、OsUbi启动子或OsALS基因起始密码子ATG上游2180bp序列；优选筛选标记基
因编码区为OsALSm1、OsALSm2、OsALSm3序列、草甘膦抗性基因EPSPSm序列、草甘膦N
‑
乙酰转移酶序列或草丁膦抗性基因Bar序列；终止子为OsUbi终止子、OsUbiT终止子、或NosT终止子。8.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述除草剂敏感元件表达盒M
i
由启动子、除草剂显性敏感元件及终止子依序可正常工作的相连；优选启动子为ZmUbi启动子，除草剂显性敏感元件为细胞色素P450基因CYP81A6的RNAi结构序列P450i，终止子为PinII终止子或NosT终止子。9.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述种子筛选元件表达盒M
zfn
由启动子、种皮显色基因及终止子依序可正常工作的相连；优选地，启动子为种子特异性启动子ZZ1启动子；种皮显色基因为深红色荧光蛋白FP635，红色荧光蛋白RFP或绿色荧光蛋白GFP；终止子为OS
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T28终止子或NosT终止子。10.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述终载体为pC0309，其序列如SEQ ID NO.7所示，或所述终载体为pC1300，其序列如SEQ ID NO.8所示。11.根据权利要求4所述的GAT载体，其特征在于，所述GAT载体为pC0309
‑
K
hv
M
ALS
M
i
M
zfn
C
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K
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，其核苷酸序列分别如SEQ ID NO.9所示。12.权利要求1
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3任一项所述的遗传智能化育制种系统或权利要求4
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11任一项所述的GAT载体在植物杂交育种制种、生产非转基因杂交种、植物隐性核雄性不育系的规模化保持，或植物隐性核雄性不育系的规模化繁殖中的应用。13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述植物包括水稻、玉米、小麦、大麦、大豆、棉花、油菜、高粱、小米、燕麦、黑麦、青稞、辣椒、西瓜。14.一种用于保持植物隐性核雄性不育株的纯合隐性状态的方法，其特征在于，向基因型为隐性纯合的GAT不育系中导入权利要求4
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11任一项所述的GAT载体，创制只含单拷贝GAT载体的GAT转化株，所述GAT转化株的基因型为隐性纯合/GAT
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，使GAT转化株授粉给GAT不育系，获得的种子基因型仍为隐性纯合状态，从而保持GAT不育系后代的雄性不育性，并成功繁殖GAT不育系。15.一种用于保持植物隐性核雄性不育株的杂合状态的方法，其特征在于，向基因型为隐性纯合的GAT不育系中导入权利要求4
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11任一项所述GAT载体，创制只含单拷贝GAT载体的GAT转化株，该GAT转化株的基因型为隐性纯合/GAT
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；GAT转化株自交繁殖，产...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐杰，龙湍，吴春瑜，李佳林，李新鹏，曾翔，吴永忠，黄培劲，
申请(专利权)人：海南波莲水稻基因科技有限公司，
类型：发明
国别省市：