[发明专利]雄性育性的保持方法及其应用

说明书

本发明公开了一种小麦育性恢复基因及其应用，属于植物生物技术领域，具体涉及一个隐性核雄性不育基因及其启动子的克隆，及其在杂交育种中的应用。本发明通过流式细胞术和高通量测序的方法，成功克隆了一个育性恢复基因FRG1，该基因可以完全恢复兰州核雄性不育突变体或其等位突变体的雄性育性，为构建新型小麦杂交育种技术体系奠定了基础。同时，为解决小麦现有的“三系”和两系”杂交技术所存在不育系育性不稳定、杂交品种资源受局限、制种技术复杂、制种成本高等技术瓶颈问题，提供了更多的可能性。本发明所提供的基因及不育系的繁殖和保持方法，对小麦杂交育种工作具有重要的意义和应用价值。

技术领域

本发明属于植物生物技术领域，具体涉及植物隐性核雄性不育基因的克隆，及其雄性不育系的繁殖方法和在杂交育种中的应用，更具体地涉及一个小麦隐性核雄性不育基因及其启动子的克隆，及其在杂交育种中的应用。

技术背景

杂种优势是生物界的普遍现象，杂交种育种是选育新品种的主要途径，是近代育种工作最重要方法。与水稻、玉米、高粱等相比，小麦杂种优势利用的研究相对滞后，近十年来其平均产量的增长也趋于停滞、甚至出现连续多年下滑的局面。小麦是自花授粉作物，小麦杂种优势利用的核心问题是高效生产小麦杂交种的技术体系，国内外大量科学家为此已做出巨大的努力，并取得一系列重要成果。综合近50年来的研究进展，小麦杂种优势利用研究主要集中于：核质互作雄性不育的利用(“三系法”)、化学杀雄技术的利用(“化杀法”)和光温敏核雄性不育的利用(“两系法”)。三系法由于不育系难以繁殖、恢复源较窄、细胞质副效应等原因，未能在生产上大面积应用。化杀法避开了恢复与保持间的相互关系，曾被认为是一种很有希望的小麦杂交制种新技术，但由于其在制种过程中稳定性差、制种成本高及环境污染等多方面原因，在实际生产上也难以推广利用。基于光温敏的两系法虽然具有制种成本低、恢复源广泛，较易获得优势组合等优点，但也面临着两大关键问题——环境因素的不稳定性对不育系育性的影响和利用光温敏特性所选育的小麦不育系十分有限。

隐性核雄性不育突变体用于作物杂种优势利用，其不育性具有易被恢复而不易被保持的特性。与细胞质雄性不育杂交小麦体系相比，隐性核雄性不育突变体用于杂交小麦开发具有以下优点：1)不存在外源细胞质的负面影响，杂种F1优势强；2)父本系对杂种F1的育性恢复度高；3)不育系、保持系、父本系的育种亲本材料选择不受特定恢/保关系的限制，选材范围极广、种质资源利用率高，有利于选育高配合力的杂交种。但是，按照常规方法无法实现纯合核不育系种子的大量有效生产。因此，针对小麦杂种优势利用的现状，建立高效小麦雄性不育繁育新体系，是杂交小麦获得成功应用的最关键因素之一。

小麦显性核雄性不育系由于其自身的遗传特点，既找不到完全的恢复系，也找不到完全的保持系，比如1972年在我国发现的太谷核不育系(即MS2)，因此只适用于常规育种轮回选择和回交育种手段，不能用作杂交小麦育种的亲本。而隐性核雄性不育材料与任何正常材料杂交，F1代均可育，任何育性正常的材料都是其恢复系，只要解决核不育性的标识和有效保持的问题，就能应用于新一代小麦杂交育种技术。

小麦基因组巨大(17Gb)，约是人类的5倍，水稻的40倍，拟南芥的100倍；组成极其复杂，由A、B、D三个具有部分同源关系的染色体组组成，每个染色体组由7对染色体构成，共有21对染色体，是典型的异源六倍体(Zhang ZB,et al.,2002)，并且约75％是简单重复序列(Rachel B,et al.,2012；IWGSC,2014)。近年来，虽然小麦及其近缘种的基因组测序工作取得了很大进展，但截至目前，仍然没有完整的参考基因组序列公布(Vogel JP,et al.,2010；The International Barley Genome Sequencing Consortium,2012；Rachel B,etal.,2012；Ling HQ,et al.,2013；Jia J,et al.,2013；IWGSC,2014)。如此复杂的基因组使得小麦功能基因的研究工作异常困难，目前为止国际范围内小麦突变体成功克隆基因的例子只有寥寥几个。