[发明专利]番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用

说明书

本发明公开了番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用。利用CRISPR/Cas9敲除系统对番茄SlMPK20进行定点敲除，获得SlMPK20基因特异敲除的番茄转基因株系，SlMPK20的敲除导致花粉粒完全败育，只有少量单性结实的果实形成，但SlMPK20的敲除对植株营养生长与雌性生殖器官发育无明显影响，SlMPK20专一性地作用于番茄花药发育过程。利用SlMPK20的敲除创建的番茄核雄性不育系，不育率100％；遗传分析表明，其属于隐性核不育，利用相应的野生型番茄作为保持系可繁育核不育系。通过后代筛选，得到不含转基因成分的不育系。该不育系可与大量番茄育种材料(恢复系)杂交，用于杂种一代的制种。该方法可快速地将不育性状导入普通番茄育种材料，在番茄杂交育种中有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于蔬菜分子育种和植物基因工程领域，尤其涉及番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用。

背景技术

番茄(Solanum lycopersicum L.)是茄科番茄属植物，其适应范围大、产量高、营养丰富，在我国的蔬菜生产与消费中占有重要地位。杂种优势利用是提高农作物产量的重要有效途径，利用不育系能更好的发挥杂种优势，因而目前对番茄雄性不育的研究日趋增多。利用番茄雄性不育系进行育种，不仅可以节约育种中的人力、物力，还能提高育种的效率和保证种子的纯度。

核雄性不育育种是作物杂交育种利用的重要途径之一，尤其是隐性核不育系表现稳定，不受外部环境因子的影响，恢复谱极其广泛，易选配强优组合，近年来在大田作物中已成功应用。但目前对于调控番茄育性的关键基因还鲜见报道，且其调控番茄花粉发育的分子机制并不清楚。

花粉发育过程涉及到许多的生理生化反应及大量基因的表达调控，任一环节出问题都有可能导致雄性不育。作物花粉正常发育过程受到阻碍往往会影响到正常坐果及种子发育，在生产上会造成巨大的经济损失。因此，对于作物花粉发育的研究具有重要的实践意义。植物花粉发育的有序进行，需要精确的信号转导系统来接收和传递复杂的胞内和胞外信号，包括促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase kinase,MAPK)级联途径信号系统。在过去数年中，有相关研究通过RNA干涉(RNAi)等生物学技术手段进行MAPKs与花粉育性之间的相关性研究。但是以上技术手段不能完全抑制MAPKs在作物中的转录和翻译，获得的转基因材料不能完全败育；且由于在模式植物拟南芥与水稻中已经鉴定的并且功能明确的MAPK基因均为遍在表达基因，因而将其干涉或敲除掉不仅对生殖发育有影响，而且也会影响的植株的营养生长、抗逆性及抗病性，所以限制了其在雄性不育材料创制方面的应用。

CRISPR/Cas9(Clustered,Regularly Interspaced,Short PalindromicRepeats-associated Endonuclease 9)技术是近几年新发展起来的一种基因组定向编辑技术，其已成功应用于模式植物基因功能鉴定，抗病作物种质创建等多个方面。由于成本低廉、操作简易和突变诱导率高等特点，CRISPR/Cas9基因编辑系统作为一项高效植物遗传改良和育种研究的分子操作技术手段，应用前景十分广阔。但是，目前尚无运用该技术敲除番茄基因改良育性相关基因的报道。

发明内容

本发明针对上述技术中存在的不足，提供番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用。利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对SlMPK20进行定点敲除，其对番茄营养生长和雌性生殖生长都没有明显影响，但纯合敲除植株可育花粉完全消失，造成番茄雄性不育，不育率达到100％。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用，所述SlMPK20的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。

具体为：对番茄基因组中的SlMPK20进行定点敲除，获得栽培番茄SlMPK20基因特异敲除的纯合转基因株系。