[发明专利]一个水稻籼粳杂种花粉育性基因座及其应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，公开了一个水稻籼粳杂种花粉育性基因座及其应用。该基因座被定位于水稻12号染色体末端的分子标记PSM623和IND48之间，从中克隆出两个杂种花粉育性相关基因ORF3和ORF4，其中ORF3具有杀死雄配子的功能，而ORF4能够保护雄配子避免由ORF3所引起的花粉败育。本发明还提供了一个构建广亲和材料以克服水稻籼粳杂种不育的方法和一个用于初步鉴别籼粳水稻材料的分子标记，能够在杂交育种中加以利用。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，特别涉及一个水稻籼粳杂种花粉育性基因座及其应用。

背景技术

水稻作为人类最主要的粮食作物之一，世界上约一半的人口以稻米为主要粮食。然而，20世纪80年代中期以来水稻产量一直徘徊不前，其主要原因是杂种优势与水稻种质资源的利用有限，而杂种不育又是阻碍杂种优势及种质资源利用的关键因素。杂种不育是指亲缘关系相近但彼此分化的种属和亚种间不能交配产生杂种，或产生的杂种生殖能力下降或完全不育的现象(马生健等,2014)。亚洲栽培稻中的籼稻亚种(Oryza sativassp.indica)和粳稻亚种(Oryza sativa ssp.japonica)间的杂种具有强大的杂种优势以及增产潜能，但籼粳亚种间杂种普遍存在花粉或胚囊育性差、结实率偏低且稳定性差、子粒不饱满、生育期长、植株偏高和米质分离等问题(Chin et al.,2012)。因此，研究籼粳亚种间杂种不育相关基因及其遗传机理，对于克服水稻杂种不育、利用杂种优势以及提高水稻产量都具有重要意义。

杂种不育是稻属物种进化过程中由于基因遗传互作而产生的一种生殖隔离机制，属于合子后生殖隔离。通过国内外专家不遗余力的探索研究，目前已有大约50个杂种不育相关位点被报道(Ouyang and Zhang,2013；欧阳亦聃,2016)，在水稻的12条染色体上均有分布。目前已被克隆出的杂种不育基因仅有11个(Yamagata et al.,2010；Mizuta et al.,2010；Nguyen et al.,2017；Long et al.,2008；Yang et al.,2012；Kubo et al.,2016；Yuet al.,2016；Xie et al.,2019；Yu et al.,2018；Shen et al.,2017；Hou et al.,2019)，其中6个(DPL1/DPL2,Sa,Sc,HSA1,S5和S7)与籼粳杂种不育相关。这些已克隆杂种不育位点的分子机制，可以被归纳成以下3种：(1)特定配子显性致死的遗传机制，指的是在杂种中，配子杀手系统能够特定作用于相应的目标因子，从而特异地杀灭相应配子的一种分子机制，如水稻籼粳亚种间杂种不育基因Sa和Sc的分子机制；(2)特定配子选择性显性保护的遗传机制，指的是在杂种中，配子杀手系统发出的不育信号能够无区别地杀灭所有配子，但含有相应保护因子的配子能够抑制这种不育信号，从而能够得到选择性保护此类配子而存活的一种分子机制，比如S5，qHMS7和S1的杂种不育分子机制；(3)重复隐性致死的遗传机制，是指易位造成一个配子发育必需基因在不同亲本中位于非同源染色体上，在杂种F₁中不携带配子发育必需基因的配子会产生败育的分子机制，例如DPL1/DPL2、S27/S28和DGS1/DGS2的分子机制。这些研究为我们继续深入探究杂种不育遗传机理以及育种实践奠定了坚实的理论基础，但仍然有大量杂种不育基因未被克隆，其相关分子机理也尚未探明，依然制约着杂种优势以及水稻资源的利用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一个水稻籼粳杂种花粉育性基因座。

本发明的另一目的在于提供上述水稻籼粳杂种花粉育性基因座的应用。

本发明的再一目的在于提供一种广亲和水稻材料的制备方法以及一种通过鉴别水稻材料中是否存在ORF3而初步鉴别材料籼粳性的分子标记I3-1。

本发明的目的通过下述技术方案实现：