[发明专利]获得丧失遗传干涉的水稻突变体的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种获得丧失遗传干涉的水稻突变体的方法及其应用。其中，该方法包括以下步骤：采用基因工程手段使ZEP1蛋白的前350个氨基酸不表达或者蛋白活性/功能丧失。应用本发明的技术方案，改造水稻ZEP1基因，改造后的植株雄性不育，雌性可育，改造后的水稻植株可用于杂交育种，由于经过改造的水稻细胞核不育，当其用于育种时，不需要配套的保持系，又因为改造之后的水稻的遗传干涉丧失，也可以用作育种的中间材料，加快染色体片段的交换，提高育种效率。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体而言，涉及一种获得丧失遗传干涉的水稻突变体的方法及其应用。

背景技术

1916年，Muller在研究果蝇的遗传规律时发现染色体上一次交换降低了邻近区间再次发生交换的概率，这种现象被他命名为遗传干涉。经过百余年的研究发现，除了极少数生物如裂殖酵母、兰绿藻以外，遗传干涉现象普遍存在于真核生物中。由于遗传干涉的存在，染色体上发生双交换的物理距离通常较大，同一条染色体上的基因偏向于连锁遗传，染色体的遗传物质的交流也因此而受到严格的控制，出现新的基因组合个体的频率低。如果能找到一种遗传干涉丧失的突变体，那么就会增加亲本间的遗传物质的交流机会。如果将这种材料用于育种，就会提高育种效率，缩短育种周期，节省人力成本。

Wang等从Tos17突变体库中筛选到4个ZEP1基因突变体，其中两个突变体的突变位点位于第8外显子的末尾，位置均在CDS序列的1150bp(对应于第384个氨基酸)之后，另两个突变体的突变位点分别位于第12外显子和12内含子上，按照突变位置的先后顺序分别命名为zep1-1，zep1-2，zep1-3，zep1-4。对zep1-1的研究发现，其育性降低到野生型的32％左右，其重组频率提高。对zep1-3的研究发现，其育性大约为野生型的48％左右，其遗传重组频率提高，遗传干涉强度降低到野生型的20-30％之间。

目前作物育种大多数通过杂交育种(种内杂交或者种间杂交)进行，需要经过多代杂交或者回交使遗传物质进行充分的交流，才能筛选到符合预期的目的植株。遗传物质的交换是作物遗传育种的基础，由于遗传干涉的存在，限制了遗传物质的交换，因此阻碍了育种前进的步伐，但是到目前为止也没有利用遗传干涉丧失的突变体材料来提高育种效率的先例。

水稻三系杂交育种的不育系通常是细胞质雄性不育，属于核质互作型，需要配套的保持系和恢复系，不育系的繁种和杂交种的制备过程是分开的，操作复杂，耗费人力大。如果用细胞核不育的材料作为不育系，将不需要配套的保持系，因此会简化育种的过程。

发明内容

本发明旨在提供一种获得丧失遗传干涉的水稻突变体的方法及其应用，以解决现有技术中水稻杂交育种操作复杂的技术问题以及加快水稻染色体片段的代换。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种获得丧失遗传干涉的水稻突变体的方法。该方法包括以下步骤：采用基因工程手段使ZEP1蛋白的前350个氨基酸不表达或者蛋白活性/功能丧失。

进一步地，采用CRISPR-Cas9、ZFN、TALEN或CRISPR-cpf1基因编辑工具使ZEP1蛋白的前350个氨基酸不表达或者蛋白活性/功能丧失。

进一步地，采用移码突变手段使ZEP1蛋白的前350个氨基酸不表达或者蛋白活性/功能丧失。

进一步地，采用CRISPR-Cas9对水稻的联会复合体基因ZEP1进行基因编辑，编辑位点位于ATG起始密码子下游第37bp处。

进一步地，采用RNA干扰ZEP1蛋白的表达。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种方法获得的丧失遗传干涉的水稻突变体在杂交育种中的应用。

进一步地，丧失遗传干涉的水稻突变体为细胞核不育，用于育种时，不需要配套的保持系。