本發明專利技術屬于植物基因工程技術領域，具體涉及水稻基因工程技術領域。本發明專利技術通過圖位克隆的方法分離得到一個編碼長鏈RNA的光敏感核不育基因pms3，該基因能調控水稻花粉的育性。pms3基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO：2所示。其等位基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO：3所示，在該序列的790bp處存在一個由C到G的等位基因突變。本發明專利技術還得到一種選育水稻光敏感核不育基因的分子標記，其核苷酸序列如序列表SEQ?ID?NO：1所示，在該序列的1711bp處存在一個堿基突變。本發明專利技術獲得的控制水稻花粉育性的基因pms3，其等位基因以及選育水稻光敏感核不育系的分子標記可廣泛應用到水稻的育種與遺傳改良，尤其是在新的水稻不育系的產生，光敏感水稻不育系的選育中的應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及植物基因工程
具體涉及一種水稻光敏感核不育基因pms3的分離克隆、功能驗證及在水稻改良中的應用。
技術介紹
水稻是世界人口的主要糧食來源之一。隨著世界人口的膨脹，土地面積的減少，水稻單產及總產量的提高一度成為育種工作者追求的目標。基于不育系、保持系和恢復系的“三系”法雜交水稻的成功培育與利用堪稱水稻育種史上“一次偉大的革命”，但是，隨著人口的繼續增長以及人們生活水平的日益提高，對糧食生產提出了更高的要求，三系雜交稻不育胞質單一的弊端也逐漸顯露出來，成為了阻礙三系雜交稻進一步推廣和利用的重要因素。光溫敏核不育水稻是石明松1973年從粳稻品種農墾58群體中首次發現的自然 突變體，命名為農墾58S(石明松.對光照長度敏感的隱性雄性不育水稻的發現及初步研究.中國農業科學，1985，2 :44-48)，它在長日照下雄性不育，短日照下雄性可育。利用這個重要特性，該水稻品種在長日高溫條件下可作為不育系用于雜交制種，而在短日低溫條件下又能自交繁殖下一年的不育系種子，因此，在雜交水稻種子生產過程中可以免去作為產生不育系種子的保持系，使常規使用的“三系”減少為“兩系”。另外，農墾58S與其他的水稻品種雜交F1代均為正常可育，配組自由度增大，其育性恢復不受胞質基因限制，因而比CMS的恢復源更廣泛。通過分離克隆光、溫敏雄性不育基因，研究其作用的機理，闡明其作用的本質，并以此為指導，轉化到理想的遺傳背景中，將有助于快速創造優良的目標品系以應用于生產，從而提高水稻產量。
技術實現思路
本專利技術的目的是從水稻中分離克隆光敏感核不育基因pms3，對該基因進行功能驗證及在水稻育種中的應用。該基因是一個不編碼蛋白的長鏈RNA(見實施例5)。利用該基因的信息將極大的提高了優良不育系選育的速度，加快兩系法育種進程，進一步提高水稻的生物學產量。本專利技術涉及分離和應用一個包含pms3基因的DNA片段，并對該片段的作用機理進行闡述。這一段DNA具有如SEQ ID NO : I所示的核苷酸序列。本專利技術涉及分離和應用編碼長鏈RNA的光敏感核不育基因pms3，這個基因具有如SEQ ID NO :2所示的核苷酸序列，包括與SEQ ID NO :2所示的核苷酸序列有90%以上同源性的基因序列，也包括因插入、替代或缺失一個或多個堿基而產生的突變體等位基因或衍生物。這個基因的等位基因具有如SEQID NO :3所示的核苷酸序列。本專利技術克隆的水稻光敏感核不育基因pms3突變植株，其花粉的育性受到光照長度的影響在長日照條件下，花粉完全敗育；而短日照條件下，花粉則表現部分或全部可育。將突變植株中的包含pms3基因的DNA片段通過遺傳轉化的方法導入到正常水稻品種中，可以使正常水稻的花粉敗育(見實施例I)，可用于新的不育系的培育。本專利技術涉及根據pms3的DNA片段序列信息發展的用于培育水稻光敏感核不育系的分子標記，通過對水稻正常植株與光敏感突變植株的pms3基因區段的DNA序列比較分析發現，光敏感突變植株的pms3基因中有一個特有的單堿基的替換突變，根據這個單堿基的突變，我們發展了可以用于輔助育種的分子標記(見實施例2)。本專利技術中，pms3基因表達量的上升可以使光敏感雄性不育植株的花粉恢復正常，將該基因構建到植物表達載體中時，可在其轉錄起始核苷酸前加上任何一種強啟動子或誘導型啟動子，使pms3基因在不育植株中過量表達或者誘導表達，可以人工改變水稻的花粉育性，用于水稻育種(見實施例4)。附圖說明序列表SEQ ID NO 1顯示的是本專利技術分離克隆的包含有pms3基因的DNA片段序列(全長6440bp ;在第171 Ibp處堿基G突變為C)。序列表SEQ ID NO 2顯示的是本專利技術分離克隆的pms3基因的核苷酸序列(全長1236bp,不含intron,不編碼蛋白，該DNA序轉錄成RNA后就能發揮功能)。序列表SEQ ID NO 3顯不的是本專利技術分尚克隆的pms3基因等位基因的核昔酸序列(全長1236bp,不含intron,不編碼蛋白，該DNA序轉錄成RNA后就能發揮功能,相對于SEQ ID NO 2所示的序列的第790位的“C”，該序列在第790bp處存在一個等位基因突變， 即由C突變為G)。圖I :互補載體pCAMBIA1301示意圖。圖2. pms3基因功能互補實驗。圖中A S6K互補轉化成熟時期陰性植株(左)與陽性植株(右)株型比較；B :成熟時期陰性植株(左)與陽性植株(右)小穗育性比較；C 開花時期陰性植株(左)與陽性植株(右)的小花形態比較；D :開花時期陰性植株(左)與陽性植株(右)的花藥形態觀察；E :陰性植株花粉碘染，bar = 50 μ m ；F :陽性植株花粉碘染，bar = 50 μ m ；G :1\代陰性植株(_)與陽性植株(+)花粉育性與小穗育性統計(3個家系)，數值代表平均值+/_標準誤。圖3 :基于農墾58S突變序列發展的分子標記。圖中A :本專利技術中CAPS標記形成的原理；B =CAPS標記農墾58，農墾58S及DH80中的基因型表現；C :利用該CAPS標記對6種常規水稻品種及42種野生稻品種的基因型鑒定，C中所涉及的水稻資源如下所述(具體來源見《遺傳資源來源披露登記表》，該遺傳資源不是作為本專利技術的遺傳用途，僅僅是作為測試材料的對照)I-珍汕97 ；2-明恢63 ;3_日本晴；4_中花11 ;5_牡丹江8 ;6-農墾58S ;7-農墾 58 ;8-DH80 ;9-mPA64s ; 10-IRGC 1012 ;11_IRGC 1034 ;12_IRGC 14619 ;13_IRGC 17376 ；14-IRGC 26977 ;15-IRGC 27635 ; 16-IRGC 30346 ; 17-IRGC 53453 ; 18-IRGC 53454 ；19-IRGC 66515 ；20-IRGC 66528 ;21_IRGC 66560 ;22_IRGC 66627 ;23_IRGC 66809 ；24-IRGC 66813 ;25-IRGC 66831 ;26_IRGC 77144 ;27_IRGC 73118 ;28_IRGC 74730 ；28-IRGC 76290 ；30-IRGC 76404 ;31_IRGC 77143 ;32_IRGC 77144 ;33_IRGC 77529 ；34-IRGC 77636 ;35_IRGC 77645 ;36_IRGC 77665 ;37_IRGC 78269 ;38_IRGC 80180 ；39-IRGC 81586 ;40-IRGC 82097 ；41-IRGC 84154 ；42-IRGC 104921 ；43-IRGC 113509 ；44-IRGC 80622 ;45_IRGC 81831 ;46_IRGC 81845 ;47_IRGC 81883 ;48_IRGC 81915 ；49-IRGC 81928 ;50_IRGC 82037 ;51_IRGC 83795。上述以IRGC編號開頭的為國際水稻研究所統一編號的野生稻品種。圖4 :超量表達載體pCAMBIA1301A構建示意圖。圖5 :pms3基因超量表達轉基因植株的表型。圖中A :pms3基因超量表達轉基本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種分離的編碼長鏈RNA的光敏感核不育基因pms3在控制水稻花粉育性中的應用，其特征在于，該基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO：2所示。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張啟發，丁寄花，陸青，
申請(專利權)人：華中農業大學，
類型：發明
國別省市：
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