[发明专利]卵细胞特异表达基因ECS制备被子植物单倍体的方法及应用

说明书

本发明公开了一种利用调控卵细胞特异表达基因制备植物单倍体的方法，及该方法在制备被子植物单倍体制备中的应用。卵细胞特异表达的天冬氨酸蛋白酶ecs1 ecs2双突变体能够产生供育种使用的单倍体植株。本发明克服了传统的父本表达的单倍体诱导基因缺失对花粉和育性影响，为天冬氨酸蛋白酶在单倍体产生过程中所起的生物学作用提供了新思路，本方法可提高作物单倍体育种效率。

发明所属领域：

本发明属于生物育种技术领域，具体地说，本发明涉及卵细胞特异表达基因ECS及其同源基因在被子植物单倍体制备中的应用。

背景技术：

单倍体植物在遗传研究中有重要优势，在作物育种中也极为重要——它们可用来快速生成纯合子二倍体，从而避免多代自交制备近等基因系所造成的人力、物力和时间的浪费。与传统育种方式如配子体培养法、远缘杂交、无融合生殖等相比较，单倍体育种能够显著提高育种效率，极大缩短育种时间。然而，在作物中直接克隆单倍体诱导基因工作量巨大，且技术难度高，近年来，众多研究人员通过鉴定模式植物拟南芥单倍体诱导基因，在不同作物中利用基因编辑技术敲除同源基因获得单倍体后代，建立一种快速、高效、多物种应用的单倍体育种模式。例如，将模式植物拟南芥的父本单倍体诱导基因DMP和PLD成功运用到水稻、玉米、小麦和番茄等作物单倍体育种；拟南芥CENH3(Centromeric Histone H3)基因诱导单倍体，拓展应用到小麦、玉米、棉花和水稻等单倍体制备中。

目前，已报道的父本单倍体诱导基因如AtDMP8/9，ZmPLA1/MTL/NLD，ZmPLD3等都是来自父本(花粉)表达基因。例如，专利申请“孤雌生殖单倍体诱导基因DMP及其应用”公开了精细胞特异表达的DMP在拟南芥和番茄中具备诱导单倍体的能力；专利申请“小麦单倍体诱导基因及其应用”公开了PLA突变后的小麦材料具有能够诱导产生小麦母本单倍体的功能；专利申请“诱导玉米母本单倍体产生的基因ZmPLD3及应用”公开了玉米的磷脂酶PLD3的突变能够导致玉米母本单倍体的产生。此外，非父本特异表达的CENH3基因编辑亦能制备单倍体。例如，专利“创制植物单倍体诱导系的方法及其应用”公布了利用CRISPR/Cas9系统编辑水稻OsCENH3基因，从而产生水稻单倍体诱导系。在玉米、棉花、小麦中利用RNAi或者基因编辑等方式下调/突变CENH3基因，也能获得单倍体(Wang,et al.Haploid induction by amaize cenh3 null mutant.Science Advances,2021,7,eabe2299；Gao,etal.Haploidbio-induction in plant through mock sexual reproduction,iScience,2020,23:101279；Lv,et al.Generation of paternal haploids in wheat by genomeediting of the centromeric histone CENH3.Nature Biotechnology,2020,38:1397–1401)。