專利名稱：：雌性不育基因fst用于雜交水稻育種的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種雌性不育基因Fsr用于雜交水稻育種的方法，屬于農(nóng)業(yè)生物
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說屬于作物育種領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：水稻是世界上第二大谷類作物，全球近50%的人口以其作為主要的營養(yǎng)來源。盡管在水稻育種中，上世紀(jì)50~70年代矮稈基因和細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因的發(fā)現(xiàn)及利用大幅度提高了全世界水稻的單產(chǎn)和總產(chǎn)，解決了相當(dāng)一部分人的溫飽問題。但是近40多年來，全球人口的快速增長也是不容忽視的問題，自20世紀(jì)70年代，全球稻米產(chǎn)量增長速度不及人口增長速度，從2002年就開始出現(xiàn)消費量大于產(chǎn)量，庫存數(shù)量萎縮的態(tài)勢。2007年水稻價格漲幅超過100%，2008年的大饑荒向人類敲響了警鐘。據(jù)預(yù)測，到2050年，要養(yǎng)活不斷增長的人口，世界糧食產(chǎn)量需要翻番。糧食產(chǎn)量的提高有兩條途徑，一條是擴大耕地面積。另一條途徑是提高單位面積產(chǎn)量。雖然通過栽培和植保等措施可以在一定程度上提高產(chǎn)量，但這些措施都有賴于品種的增產(chǎn)潛力。因此在人口持續(xù)增長和耕地不可再生資源的剛性減少前提下，要實現(xiàn)世界糧食產(chǎn)量翻番的目標(biāo)，需在水稻育種上取得新的突破。值得注意的是歷史上水稻單產(chǎn)的大幅度提高均得益于新種質(zhì)資源的發(fā)掘，實踐證明利用雜種優(yōu)勢是保證和提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量的重要手段。水稻雄性不育(malesterility,MS)的利用及發(fā)展雜交水稻是保障糧食安全的重要舉措。我國是水稻雜種優(yōu)勢利用最成功的一個國家，全國雜交稻種植面積占水稻面積的55%，但產(chǎn)量占水稻總產(chǎn)量的65%左右。自1976~2006年，中國已累計推廣雜交水稻4億hm2，增產(chǎn)糧食6000多億kg，取得了舉世矚目的成就。此外，雜交水稻已在亞洲、非洲、美洲的20多個國家和地區(qū)推廣種植，截至2007年底，全世界雜交水稻的種植總面積超過200萬hm2。目前，在雜交水稻育種中，發(fā)展和利用的技術(shù)體系有三系法和兩系法。經(jīng)過30多年的發(fā)展，雖然兩種體系已較為成熟，但尚存一些欠缺。主要體現(xiàn)在以下幾點(l)父母本分行或分區(qū)種植，開花時須人工趕粉輔助授粉，收獲時父母本人工分收，費時費工；(2)制種產(chǎn)量低，不能很好解決種子混雜問題；(3)不適宜規(guī)?；?、機械化操作，限制了雜交稻在勞動力成本高、機械化程度高的歐美和亞洲發(fā)達(dá)國家的發(fā)展。在目前以人工種植、去雜及收獲為主的嚴(yán)格繁殖制種體系下，依然有50%以上的混雜是保持系或恢復(fù)系混雜。研究發(fā)現(xiàn)，在滇l型水稻不育系大面積繁殖中，72.97%的混雜是保持系機械混雜，保持系混雜是滇1型粳稻不育系混雜的主要類型。但在美國等機械化程度高，以機器操作代替人工的繁殖制種體系下，保持系及恢復(fù)系的混雜更為嚴(yán)重。因此，迫切需要一種新的既可有效避免恢復(fù)系的混雜，又能適宜機械化操作的制種體系的建立。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種既能完全杜絕恢復(fù)系機械混雜，又適宜機械化的制種新技術(shù)，能較好解決目前現(xiàn)有雜交水稻及以自花授粉為主的雜交作物制種體系的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案是依照目前三系法或兩系法程序繁殖水稻雄性不育系(MS包括CMS和GMS);通過不同的方式繁殖水稻雌性不育系(femalesterility,FS),方式一是采用多年生宿根無性繁殖方式繁殖雌性不育系，方式二是培育轉(zhuǎn)基因雌性不育系，根據(jù)啟動子相應(yīng)的光溫或化學(xué)試劑條件，通過人工調(diào)控水稻雌性不育基因Fsr表達(dá)使雌性育性恢復(fù)，完成雌性不育系的自身繁殖；將水稻雄性不育系及雌性不育系種植在同一田塊中，完成水稻雜交種子的生產(chǎn)，制種時母本即花粉受體是雄性不育系(MS包括CMS和GMS)，父本即花粉供體是雌性不育系(FS)，雌性不育系花粉授給雄性不育系，收獲種子為雜交種。本發(fā)明的特征是同時利用雄性不育(MS)和雌性不育(FS)，構(gòu)建"MS+FS"的制種模式，即制種時的花粉供體為雌性不育系。雌性不育與雄性不育是兩個相對的現(xiàn)象，雌性不育是雌性器官、胚珠或卵細(xì)胞發(fā)育受阻或直至敗育現(xiàn)象，包括隱性和顯性兩種雌性不育。本發(fā)明中所用的雌性不育基因來源于課題組發(fā)現(xiàn)的一個具有雌性全不育的隱性水稻突變體G39，遺傳上為孢子體不育，相應(yīng)的野生型植株的基因(KSD為MADS-Box基因家族，F(xiàn)sr編碼與胚囊正常發(fā)育有關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，水稻雌性不育基因Fsr核苷酸序列是DQ004266，其MADS-Box區(qū)域缺失8個堿基(5'-TCGAAGAG-3')導(dǎo)致雌性不育(fst)，決定或控制雌性不育性(fst)的蛋白質(zhì)氨基酸序列與FST序列的同源性大于或等于80%。本發(fā)明中多年生宿根型雌性不育系的基因型為/f/tf-fsfs或fsfs，條件表達(dá)兩用型的轉(zhuǎn)基因雌性不育系的基因型為yfif-fsfs-CJ/3::FSr或fsfs-CJ尸KSr;Wf為CMS恢復(fù)基因，CIP(theconditionalinduciblePromoters)為條件誘導(dǎo)型啟動子；水稻fst突變體的花器官形態(tài)發(fā)育正常，花藥發(fā)育正常并能提供有正常生活力的花粉。本發(fā)明所述水稻雜交育種和轉(zhuǎn)基因育種均為常規(guī)方法，所需材料易于獲取，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)相關(guān)部門對外銷售。本發(fā)明的有益效果是制種時花粉供體即雌性不育系提供可育花粉，花粉受體為雄性不育系?；ǚ酃w由于是雌性不育系，不能正常結(jié)實，因而制種田中收獲種子完全排除了雌性不育系的混雜。因而本發(fā)明建立的育種技術(shù)，適宜機械化操作，杜絕了雌性不育系機械混雜，避免了人工去雜成本，能加速雜交水稻的推廣應(yīng)用進(jìn)程。具體實施案例具體實施方式為以目前的制種體系(MS)為對照，采用"MS+FS"的制種體系進(jìn)行試制種，比較兩種制種方法雜交種產(chǎn)量及純度上的差異。實施例一本發(fā)明制種體系(MS+FS)，方法如下所述1)依照目前三系法程序繁殖水稻雄性不育系合系42A;2)采用多年生宿根無性繁殖方式繁殖雌性不育系A(chǔ)nsanbyeo/G39〃W1944(雌性不育系，簡稱AGW-fsfs);3)將水稻雄性不育系及雌性不育系種植在同一田塊中，種植規(guī)格為合系42A:AGW-fs&=12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種；制種時母本即花粉受體是雄性不育系，父本即花粉供體是雌性不育系(FS)，雌性不育系花粉授給雄性不育系，收獲種子為雜交種；4)成熟時考察發(fā)現(xiàn)合系42A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。與目前制種體系(MS)對比試驗合系42A、Ansanbyeo種植于同一田塊中，種植規(guī)格為合系42A:Ansanbyeo-12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種。成熟時考察發(fā)現(xiàn)合系42A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。結(jié)果見表l，由表1可看出無論在產(chǎn)量及純度上，"MS+FS"的制種體系都高于"MS"的制種體系，"MS+FS"的制種體系收獲雜交種無恢復(fù)系機械混雜。表l兩種制種方法的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例二本發(fā)明制種體系(MS+FS)，方法如下所述1)依照目前三系法程序繁殖水稻雄性不育系合系42A;2)培育轉(zhuǎn)基因雌性不育系A(chǔ)nsanbyeo/G39(條件表達(dá)兩用型雌性不育系，簡稱AG-fsfs，基因型為if7f-fsfs-CJP::FS"，根據(jù)啟動子表達(dá)所需的化學(xué)試劑，在開花期人工噴施調(diào)花素，調(diào)控FSr基因表達(dá)使雌性育性恢復(fù)，完成雌性不育系的函身繁殖；3)按照6:1的比例將合系42A、AG-fsfs(條件表達(dá)兩用型)的種子竭勻，按常規(guī)育秧及栽插規(guī)格混播混種，種植期間不去雜，開花時不進(jìn)行人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種；4)成熟時考察發(fā)現(xiàn)合系42A的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。與目前制種體系(MS)對比試驗合系42A、Ansanbyeo種植于同一田塊中，種植規(guī)格為合系42A:Ansanbyeo-12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種。成熟時考察發(fā)現(xiàn)合系42A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。結(jié)果見表2，由表2可看出無論在產(chǎn)量及純度上，"MS+FS"的制種體系都高于"MS"的制種體系，"MS+FS"的制種體系收獲雜交種無恢復(fù)系機械混雜。表2兩種制種方法的比較制種體系合系42A結(jié)實率(%)AG-結(jié)實率(%)制種產(chǎn)量kg/畝雜交種純度(％)有無恢復(fù)系混雜MS10-3011090.5有MS+FS30-50019699.0無實施例三本發(fā)明制種體系(MS+FS)，方法如下所述1)依照目前兩系法程序繁殖水稻雄性不育系滇型1號A;2)采用多年生宿根無性繁殖方式繁殖雌性不育系南29/G39〃W1944(雌性不育系，簡稱NGW-fsfs);3)將水稻雄性不育系及雌性不育系種植在同一田塊中，種植規(guī)格為滇型1號A:NGW-fsfs=12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種；制種時母本即花粉受體是雄性不育系，父本即花粉供體是雌性不育系(FS)，雌性不育系花粉授給雄性不育系，收獲種子為雜交種；4)成熟時考察發(fā)現(xiàn)滇型1號A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。與目前制種體系(MS)對比試驗滇型1號A、南29種植于同一田塊中，種植規(guī)格為滇型1號A:南29=12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種。成熟時考察發(fā)現(xiàn)滇型1號A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。結(jié)果見表3，由表3可看出無論在產(chǎn)量及純度上，"MS+FS"的制種體系都高于"MS"的制種體系，"MS+FS"的制種體系收獲雜交種無恢復(fù)系機械混雜。表3兩種制種方法的比較制種體系滇型1號A結(jié)實率(%)NGW-fsfs結(jié)實率(%)制種產(chǎn)量kg/畝雜交種純度(％)有無恢復(fù)系混雜MS30-6021097.0有MS+FS30-60024699.3無實施例四本發(fā)明制種體系(MS+FS)，方法如下所述1)依照目前兩系法程序繁殖水稻雄性不育系滇型1號A;2)培育轉(zhuǎn)基因雌性不育系南29/G39(條件表達(dá)兩樣性雌性不育系，簡稱NG-fsfs，基因型為^/7/"-&&-CJP::FSn，根據(jù)啟動子表達(dá)所需的短日照(10h)條件，通過人工遮光調(diào)控FSr基因表達(dá)，使其雌性育性恢復(fù)，完成雌性不育系的自身繁殖；3)按照6:1的比例將滇型1號A、NG-fsfs(條件表達(dá)兩用型)的種子混勻，按常規(guī)育秧及栽插規(guī)格混播混種，種植期間不去雜，開花時不進(jìn)行人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同普通制種；4)成熟時考察發(fā)現(xiàn)滇型1號A的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。與目前制種體系(MS)對比試驗滇型1號A、南29種植于同一田塊中，種植規(guī)格為滇型1號A:AriSanbye0=12:2，種植期間不去雜，開花時人工趕粉輔助授粉，其余栽培管理方式同,通制種。成熟時考察發(fā)現(xiàn)滇型1號A植株上的結(jié)實率及制種產(chǎn)量，并于2007年10-2008年3月將種子種于海南，進(jìn)行純度鑒定。結(jié)果見表4，由表4可看出無論在產(chǎn)量及純度上，"MS+FS"的制種體系都高于"MS"的制種體系，"MS+FS"的制種體系收獲雜交種無恢復(fù)系機械混雜。表4兩種制種方法的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4是目前制種體系與"MS+FS"的制種體系用于水稻雜交種生產(chǎn)的比較。由表l表4可看出，無論在產(chǎn)量及純度上，"MS+FS"的制種體系都高于"MS"的制種體系，"MS+FS"的制種體系收獲雜交種無恢復(fù)系機械混雜，且節(jié)約成本。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種雌性不育基因FST用于雜交水稻育種的方法，其步驟是1)依照目前三系法或兩系法程序繁殖水稻雄性不育系(MS包括CMS和GMS)；2)通過不同的方式繁殖水稻雌性不育系(FS)；方式一采用多年生宿根無性繁殖方式繁殖雌性不育系；方式二培育轉(zhuǎn)基因雌性不育系，根據(jù)啟動子表達(dá)所需相應(yīng)的光溫或化學(xué)試劑條件，通過人工調(diào)控水稻雌性不育基因FST表達(dá)使雌性育性恢復(fù)，完成雌性不育系的自身繁殖；3)將水稻雄性不育系及雌性不育系種植在同一田塊中，完成水稻雜交種子的生產(chǎn)，制種時母本即花粉受體是雄性不育系(MS包括CMS和GMS)，父本即花粉供體是雌性不育系(FS)，雌性不育系花粉授給雄性不育系，收獲種子為雜交種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雌性不育基因Fsr用于雜交水稻育種的方法，其特征是水稻雌性不育基因FSr核苷酸序列是DQ004266，其MADS-Box區(qū)域缺失8個堿基(5，-TCGMGAG-3，)導(dǎo)致雌性不育(fsO。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雌性不育基因Fsr用于雜交水稻育種的方法，其特征是決定或控制雌性不育性(fst)的蛋白質(zhì)氨基酸序列與FST序列的同源性大于或等于8(m。全文摘要本發(fā)明涉及一種雌性不育基因FST用于雜交水稻育種的方法，屬于農(nóng)業(yè)生物
技術(shù)領(lǐng)域：
中的育種領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案是依照三系或兩系法程序繁殖雄性不育系；水稻雌性不育系的繁殖可采用多年生宿根無性繁殖方式完成，或培育條件表達(dá)兩用型的轉(zhuǎn)基因雌性不育系，通過人工調(diào)控FST基因表達(dá)使雌性育性恢復(fù)，完成自身繁殖；制種時將雄性不育系及雌性不育系種植在同一田塊中，花粉受體是雄性不育系，花粉供體是雌性不育系，雌性不育系花粉授給雄性不育系，收獲種子為雜交種。本發(fā)明同時利用雄性不育(MS)和雌性不育(FS)，構(gòu)建“MS+FS”的制種模式，適宜機械化操作，杜絕了恢復(fù)系機械混雜，能加速雜交水稻的推廣應(yīng)用進(jìn)程。文檔編號A01H1/02GK101658129SQ200910094988公開日2010年3月3日申請日期2009年9月18日優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日發(fā)明者徐學(xué)洙,朱有勇,李東宣,李成云,譚學(xué)林,陳麗娟申請人:云南農(nóng)業(yè)大學(xué)