[发明专利]一种植物杂交体系及应用

说明书

本发明公开了一种植物杂交体系及应用，所述植物杂交体系由不育系、保持系和恢复系组成；所述保持系含有TWSD载体，所述TWSD载体至少同时含有5个紧密连锁的表达框：除草剂抗性基因表达框、植物内源抗除草剂基因的沉默或敲除表达框、不育系育性恢复表达框、使得保持系种子与不育系种子相比具有肉眼可见的颜色或者形状上的显著差异的表达框、导致含有上述表达框的花粉不育的表达框。本发明杂交体系最大的改进是，通过结合颜色或者形状标记技术、除草剂选择性杀灭技术和转基因花粉致死技术，极大的确保整个杂交体系的可靠性和稳定性，多重技术确保杂交种子的纯度，平均纯度从95％提高到98％。

(一)技术领域

本发明涉及一种植物杂交体系及应用。

(二)背景技术

杂交优势的利用给粮食的增产带来了一个飞跃式的发展。目前利用杂交优势的途径包括人工去雄杂交制种、化学去雄杂交制种、利用自交不亲合性杂交制种、利用雄性不育系。雄性不育系在现代杂交制种应用中极为普遍，一般采用三系两田法，即不育系、恢复系、保持系、亲本繁殖田、杂交制种田。而且制种手续简化，制种产量较高，从而降低了种子生产成本。目前应用的三系制种中的不育系主要是核质互作雄性不育，这种类型的不育性比较容易获得三系。现已在玉米、高梁、小麦、水稻等大田作物的杂交制种中广泛应用。然而，要获得具有应用价值的不育系、保持系及恢复系是一项极其繁琐、艰巨的工作。通过基因工程手段获得雄性不育系、恢复系不仅较传统的多代选育省时、省力，而且易于保持亲本的优良性状，有着巨大的应用前景。1990年，Mariani(Mariani,Debeuckeleer et al.1990)等利用TA29-Barnase嵌合基因的转化，首次在世界上获得了转基因的不育烟草和油菜；1992年，他们又通过TA29-Barstar基因的转化获得了上述不育烟草和油菜的恢复系(Mariani C,Gossele V,De Beuckeleer M,et al.1992.)。此后，Reynaerts(Reynaerts A,Van deWiele H,De Sutter G,et al.Scientia Horticulturae,1993,55(1):125-139.)等又相继获得了转基因的不育椰菜、莴苣等。

美国先锋公司发明了一种雄性不育系统(TSS)。这种不育技术基于花药特异性启动子介导DNA腺嘌呤甲基化酶基因(dam)在植物中表达，扰乱正常花粉的发育，导致雄性不育。dam基因的表达框与筛选标记PAT(膦酸丝氨酸乙酰转移酶)基因表达框紧密连锁。PAT基因赋予植物耐受草铵膦的特性。当想同背景的TSS转基因不育系与非转基因植株杂交时，收获的种子中50％是转基因的雄性不育系，50％是非转基因的可育系。在生产杂交种时，可以通过喷施草铵膦，杀灭50％的非转基因可育系，这样留下来的都是转基因不育系，可以与父本杂交获得杂交种。上述杂交种中同样50％是非转基因，50％是转基因。但是在大田种植时50％的非转基因植株产生的花粉足够为所有的植株提供花粉。

上述基于barnase基因的方法和TSS方法都需要较大的增加成本，而且生产上应用也非常复杂，比如基于barnase基因的方法需要分别对不同的父母本进行回交转育，而且最终产品中含有barnase和barstar两种外源蛋白，需要进行大量安全评价工作；而TSS方法生产获得的最终产品中一半是转基因种子，一半是非转基因种子。因此，无论是TSS还是基于barnase的方法都没有再商品化杂交玉米种子生产中大量应用。

大概十年前，美国先锋公司研发了一种种子生产技术(Seed ProductionTechnology/SPT)。这个技术基于玉米自身的核雄性不育基因Ms45和颜色标记技术，即在Ms45突变不育系中导入一个3个表达框紧密连锁的DNA片段，3个表达框分别是胚乳中特异性表达红色蛋白的表达框、恢复育性的正常Ms45基因表达框和杀灭含有上述两个表达框的花粉的表达框。上述含有SPT片段的玉米植株产生非转基因花粉，获得的种子中50％是红色，可育的，50％是正常颜色，雄性不育的。因此，不育系种子可以用来繁殖不育系种子或者用来生产杂交种，而红色的SPT种子可以用来繁殖SPT种子或者用来为不育系提供花粉，生产不育系种子。