玉米草的杂交不亲和性特征及其在玉米中的应用制造技术

本发明专利技术涉及玉米草杂交障碍特征。含有所述特征的植株具有杂交不亲和性表型。本发明专利技术还涉及含有玉米草杂交障碍特征并显现合乎商业特性的新型杂交不亲和植株，包括纯种、杂种、单倍体、无性生殖和／或遗传工程植株。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及玉米草杂交障碍特征。含有所述特征的植株具有杂交不亲和性表型。本专利技术还涉及含有玉米草杂交障碍特征的新型杂交不亲和植株，包括纯种、杂种、单倍体、无性生殖和/或遗传工程植株。含有本专利技术所述玉米草杂交障碍特征的杂交不亲和植株能用于商业领域以防止这些植株与非所需植株系如遗传工程植株发生非选择性杂交。玉米能通过自花授粉或异花授粉繁殖。在相同植株上玉米有分开的雄花序(称为雄花穗)和雌花序(称为雌花穗)。当风将花粉从雄花穗吹到从发育穗的顶部突出的玉米须上时，玉米就自然授粉。大多数玉米产自杂交种子。杂交玉米种子的生产要求消除或灭活源自母本的花粉。花粉的不完全去除或灭活提供了潜在的自花授粉。这种自花授粉种子可能与杂交种子在无意中一起收割并包装。现已开发出数种方法用于控制雄性生育力，并因此防止自花授粉。这些方法包括手工或机械去雄(通常称为去穗)、细胞质雄性不育、遗传雄性不育、杀配子剂等。杂交玉米种子最常见通过手工或机械去雄生产。该方法操作如下。通常，将两个纯种玉米按垄交替种植在田地里，然后在花粉脱落前，将携带花粉的雄花穗从纯种中去除以便用作雌性植株。只要与外源玉米花粉分开足够的距离，去雄纯种的穗只能与雄性纯种受精，由此产生的种子为杂种。去雄带来的问题之一是费工费力(因而费用高)，而且有时还不可靠。一种去雄方法包含使用细胞质雄性不育(CMS)纯种。细胞质雄性不育是由母体胞质内导致不育的因子控制的。细胞质雄性不育通过与能育花粉(即来自不是细胞质雄性不育的植株)受精能用于雌性再生。另一去雄方法包含采用遗传雄性不育。遗传雄性不育是由导致不育以及抑制花药和花粉正常发育的核因子控制的。遗传雄性不育按孟德尔定律遗传，其中不育等位基因(ms)对于花粉生育力(MS)等位基因是隐性的。有许多方法可赋与遗传雄性不育。例如，美国专利4,654,465和4,727,219公开了在基因组内分开位置使用多个突变基因以便提供雄性不育。美国专利3,861,709和3,710,511描述了使用染色体易位产生遗传雄性不育。其他方法包含将编码与雄性组织特异启动子相连的细胞毒性物质的基因或反义系统传递到植株中，在所述反义系统中，鉴定对生育力至关重要的基因并且将该基因的反义基因插入到植株中(参见EP329308和WO90/08828)。另一去雄方法为应用某些称为杀配子剂、花粉抑制剂或化学杂交剂的化学药品。这些化学药品能阻断或杀死可生育花粉的形成并由此产生短暂的雄性不育。然而，有许多因素会影响这些化学药品的用途，如化学药品的费用、基因型的特异性以及使用时间。玉米杂种的生产需要纯合自交玉米系。纯合自交系能通过谱系繁殖产生，其中将两个玉米纯种系杂交，各系拥有不同组别的所需特征。选择含有目的特征的优良植株，然后自交多代以便使该系更加纯种。这种不断自交和选择的方法持续5代或更多代。此繁殖的结果产生了遗传上纯合或纯种的系。通常，采用这种方法纯种系的发育周期至少需要5年甚至更长的时间。当发育纯种系时，一条更快或更完全达到同质性的途径是通过使用单倍体植株。单倍体为只含有体细胞一半染色体数的植株，这些体细胞不是单倍体细胞。已知一些玉米植株可自发产生单倍体。例如，已知具有不定配子体(ig)基因的植株可生成单倍体。另外，已知‘原种6(Stock 6)’系(参见，Birchler，J.A.，“Practical Aspects of HaploidProduction”，The Maize Handbook，Freeling and Walbot(eds).pp.386-388(1996))具有生成单倍体的倾向。杂交中使用ig或‘原种6’将导致子代中产生一些单倍体植株。或者，单倍体植株能采用本领域已知技术生成。一种这样的技术为花药培养。花药培养是一种方法，通过该方法大量单倍体能直接从体外花药中产生。一般而言，花药培养包含从植株中分离不成熟的花药，并将它们放到能诱导花药内细胞的培养基上，通常其注定成为花粉粒，开始分裂并形成细胞培养物，从中能再生出单倍体植株。许多实施花药的技术在本领域中是已知的，并公开在J.M.Dunwell，“Anther and Ovary Culture”，SWJ Bright和MGK Jones(编辑)，CerealTissue and Cell Culture，Martinus Nijhoff Publisher，1985，Dordrecht，第1-44页以及美国专利5,306,864、5,322,789、5,445,961和5,602,310中。另一种能用于生成单倍体的方法是小孢子培养。除了使用小孢子而非花药产生单倍体植株以外，小孢子培养与花药培养类似(参见，Coumans等，Plant Cell Reports 7618-621(1989)；Pescitelli等，Plant CellReports，7673-676(1989))。花药或小孢子培养的优势在于这使得测试大量新突变和基因组合并从中筛选所需特征成为可能。无论是自发获得的单倍体还是从花药或小孢子培养中获得的单倍体都是不育的。为了弥补这种不育，可将单倍体的染色体数可加倍。有时染色体加倍能自然发生。但是，多数情况下必须使用药剂才能实现染色体加倍。能产生染色体加倍的药剂包括但不限于秋水仙碱或有丝分裂纺锤体抑制剂。染色体数的加倍导致完全能育和纯种的双单倍体植株。因为这些双单倍体植株繁殖可靠，这使得用于选择所需特征的方法更有效率。具有所需特征或特性的这些双倍的单倍体植株能用在谱系繁殖中以生成商业上有价值的杂种。有许多不同方法可用于将所需特征或特性导入靶玉米种质源中，不管这种玉米种质源是纯种还是杂种植株。一种方法中使用回交将所需特征或特性引入靶玉米种质源(称回归亲本)中，方法是将该回归亲本和表达某些目的特征如但不限于疾病抗性、高产率潜力、良好茎强度、合理的耐旱性等的供体植株(非回归亲本)杂交。尽管供体植株优选纯种，其也能是与回归亲本杂交可育的任意植株品种。然后将源自这种杂交的子代与回归亲本回交，鉴定具有所需特征的子代，并且重复此过程。与回归亲本回交并筛选所需特征的过程重复5代或更多代。由该法所产生的子代对于控制被转移特征的基因座是纯合的，除此之外与回归亲本相似。然后将最终的回交代自交，从而为被转移基因提供纯种子代。第二种方法是利用无融合生殖将所需特征或特性导入靶玉米种质源中。无融合生殖包括无需有性生殖生产杂交种子。无融合生殖在一些植物中为自然繁殖方法，其导致后代遗传上与母体植株相同(即克隆)，从而使得改进的杂种纯种。这将使得农场主和资源缺乏(resource-poor)的农民重复播种他们自产的种子，但是此策略对当前作物如玉米所提供的杂交品种不实用。在此引作参考的美国专利5,710,367描述了具有两个未鉴定基因的单性生殖玉米，所述基因据信控制卵的单性生殖发育，还描述了制作单性生殖玉米的某些方法。第三种方法是利用遗传工程将所需特征或特性导入靶玉米种质源中。遗传工程是指基因从一个生物转移到另一受体生物的复杂人工技术。农业上可利用遗传工程创造新的含有来自其他生物基因的植物品种，这些基因给受体植株提供了改良特征，如但不限于改进的产量、颜色、高度、耐寒性以及昆虫或疾病抗性。然而，人们对遗传工程植株在本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有ＴＣＢ特征的杂交不亲和的玉米植株。

【技术特征摘要】
US 2000-3-30 60/193,0821.含有TCB特征的杂交不亲和的玉米植株。2.权利要求1的杂交不亲和植株，其中所述植株被缺少TCB特征的植株授粉后不能产籽，但被携带TCB特征的植株授粉后能产籽。3.权利要求1或2的杂交不亲和植株，其中所述植株保持有功能花粉并且被自己授粉后能产籽，或者被所述植株授粉后导致其他玉米植株产籽。4.权利要求1的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为纯种植株。5.权利要求1的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为杂种植株。6.权利要求1的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为单倍体植株。7.权利要求1的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为无性生殖玉米植株。8.权利要求1、4、5、6或7的杂交不亲和玉米植株，其中所述植株为遗传工程植株。9.权利要求9的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含基因簇，其中所述基因簇位于4号染色体短臂上，介于图单位40-85之间。10.权利要求9的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含Tcb基因座。11.权利要求10的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座位于4号染色体的短臂上，距离sugaryl基因约6个图单位，以及距离Gal基因约40个图单位。12.权利要求10的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植株中编码穗丝效应作用的基因。13.权利要求10或12的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植株中编码花粉效应作用的基因。14.权利要求9、10、12或13的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含至少一个修饰基因。15.杂交不亲和玉米植株，其包含TCB特征并且(1)被缺少TCB特征的植株授粉后不产籽，而被携带TCB特征的植株授粉后产籽；和(2)其保持有功能花粉并且被自己授粉后产籽或者被所述植株授粉后导致其他玉米植株产籽。16.权利要求15的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为纯种植株。17.权利要求15的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为杂种植株。18.权利要求15的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为单倍体植株。19.权利要求15的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为无性繁殖玉米植株。20.权利要求15、16、17、18或19的杂交不亲和玉米植株，其中所述植株为遗传工程植株。21.权利要求15的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含基因簇，其中所述基因簇位于4号染色体的短臂上，介于图单位40-85之间。22.权利要求21的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含Tcb基因座。23.权利要求22的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座位于4号染色体的短臂上，距离sugaryl基因约6个图单位，以及距离Gal基因大约40个图单位。24.权利要求22的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植株中编码穗丝效应作用的基因。25.权利要求22或24的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植株中编码花粉效应作用的基因。26.权利要求21、22、24或25的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含至少一个修饰基因。27.杂交不亲和玉米植株，其包含TCB特征并且其中所述TCB特征衍生自保藏号为ATCC PTA-1601的植株W22-TCB。28.权利要求27的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含基因簇，其中所述基因簇位于4号染色体的短臂上，介于图单位40-85之间。29.权利要求28的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含Tcb基因座。30.权利要求29的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座位于4号染色体的短臂上，距离sugaryl基因约6个图单位，以及距离Gal基因大约40个图单位。31.权利要求29的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植株中编码穗丝效应作用的基因。32.权利要求29或31的杂交不亲和玉米植株，其中所述Tcb基因座包含至少一个在所述植中编码花粉效应作用的基因。33.权利要求28、29、31或32的杂交不亲和玉米植株，在其基因组内进一步包含至少一个修饰基因。34.权利要求27的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为纯种植株。35.权利要求27的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为杂种植株。36.权利要求27的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为单倍体植株。37.权利要求27的杂交不亲和玉米植株，其中所述玉米植株为无性生殖玉米植株。38.权利要求34、35、36或37的杂交不亲和玉米植株，其中所述植株为遗传工程植株。39.获得纯种玉米植株的方法，当所获纯种玉米植株与第二纯种玉米植株杂交后，产生杂交不亲和并含有TCB特征的杂种玉米植株，该方法包含下列步骤(a)从一玉米植株群体中筛选第一供体亲本植株，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里L克米科尔，马修MS伊文思，史蒂文R格里什，
申请(专利权)人：威斯康星校友研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]