转化植物质体和制备转质体基因组植物的方法技术

公开了转化质体和将转化的质体从一种植物移到另一种的方法。还公开了转质体基因组植物、其部分和其衍生的种子。还公开了一种植物的细胞或原生质体，或其培养物（例如愈伤组织培养物），其中细胞或原生质体含有从遗传上不同的植物的细胞获得的，并含有感兴趣的核酸的质体。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及将外源核酸引入植物，更特别的涉及转化质体的方法。
技术介绍
质体是一类以各种形式存在所有活植物细胞中的密切相关的细胞器。所有质体有几个共同特征。例如，它们具有小基因组，并且被由双层膜组成的包膜包裹。所有质体来自原生质体，是存在于分生组织细胞中的较小的细胞器。质体根据各分化细胞的需要产生。例如，如果叶子在暗处生长，原生质体发育成含有称为原叶绿素的黄色叶绿素前体的黄化质体。如果另一方面，叶子在光线下生长，通过将原叶绿素转化成叶绿素，黄化质体发育成叶绿体。叶绿体是光合作用(植物制造其自身的有机营养物的过程)的部位。质体的其它形式是聚集类胡萝卜素色素的色质体。这些质体负责许多物种中花瓣和果实的黄-橙-红色。白色体基本上是增大的前质体。它们存在于许多表皮和内部组织中，不变成绿色和进行光合作用。造粉体是白色体的常见形式。它们在贮藏组织中贮藏淀粉，在一些茎、叶和根的细胞中作为植物响应重力的部分。所有质体含有多个质体基因组拷贝，大部分能够在细胞中分裂。缺少其质体群的唯一类型的高等植物细胞是一些物种中的雄性精细胞。因此，玉米等植物的质体是母体遗传的。即，它们仅从卵细胞获得其质体。见Alberts等，Molecular Biology of the Cell，Garland Publishing(New York)，1983，pp.1120-1122。高等植物的质体基因组是环形的双链DNA分子，约120-165kb，在每个叶细胞中可存在2,000-50,000个拷贝。与植物的核基因组相比，质体基因组由于几个理由成为了基因操纵的非常吸引人的目标。由于质体中的蛋白质以非常高的水平表达，质体的分子机制主要是细菌机制。另外，可实现更高程度的屏蔽(不通过花粉传递)，并通过同源重组机制整合异源DNA。DNA随机整合到植物的核基因组中。另一方面，质体基因组整合的位置可以通过特定的旁侧序列来控制。没有基因沉默或所谓的位置效果，因此表达的水平更可预测。表达的水平也高得多，因为每个植物细胞中有多个DNA拷贝。叶绿体基本上是一种细菌，因此它比基因组DNA更容易容纳细菌核酸，而不需要修饰。该优点也适用于相关的调节序列，例如细菌启动子。基本消除了基因释放到环境中的危险(称为“异型杂交”)，因为叶绿体不移动到花粉中。最后，由于叶绿体是大部分生物合成途径，例如淀粉、氨基酸和脂肪的位置，它插入基因，并使其在感兴趣的细胞器中发挥作用相对方便，而不需要特定的前导序列。证明质体转化非常难，特别在于农业有价值的作物中。大部分转化方法是物种和变种特异性的。总的说，这些限制反映了复杂和独特的物种特异性途径，这些途径是在体外生长的植物组织中选择转化的质体。仅报道过能育的转质体烟草植株的能再现的生产(Svab等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 878526-8530(1990))。在Sikdar等，Plant Cell Rep.1820-24(1998)中报道了转质体的拟南芥属植物，但这些植株是不育的。在该领域缺乏成功，虽然作了巨大投资，说明了问题的重大。因此，对于产生转质体基因组(transplastomic)植物的方法存在迫切需要。专利技术简述本专利技术的第一个方面针对一种转化质体的方法。该方法包括进行步骤(a)将来自第一种植物的细胞的质体转移到第二种通常是基因不同的植物的细胞中；(b)在质体中引入感兴趣的核酸，因此产生转化质体；和(c)将转化的质体转移到第三种植物的细胞中，其中第一和第三种植物可以是基因上相同或不同的。在优选例中，质体从一种植物转移到另一种，是在细胞水平上进行的，涉及体细胞融合。衍生自第一种植物的一个细胞的原生质体与衍生自第二种植物的细胞的原生质体融合，从而形成胞质杂种。在其它优选例中，转移的质体与第二种植物的质体基因重组，导致形成重组质体。然后用核酸转化重组质体。在其它优选例中，第一和第三种植物是同一植物科的成员或更优选的，是同一属中的物种。烟草是优选的受体植物(即第二种植物或剪切板(clipboard)植物)，在其中进行核酸的转化。芸苔属(Brassica)是另一类优选受体植物。本专利技术的第二个和相关的方面针对一种产生转质体基因组植物的方法，包括(a)将质体从第一种植物的细胞转移到第二种基因不同的植物的细胞；(b)在质体中引入感兴趣的核酸，它含有可选择标记，从而提供转化的质体；(c)将转化的质体转移到第三种植物的细胞中，其中第一和第三种植物可以是彼此基因相同或基因不同的；和(d)从(c)的细胞再生表达标记基因的转质体基因组植物。还提供了转质体基因组植物本身及其部分，例如叶、根、茎、芽和衍生自植物的种子。在优选例中植物是同质体基因组的(homoplastomic)。本专利技术的第三个方面针对一种转化质体的方法，包括(a)将感兴趣的核酸引入第一种植物的细胞的质体，从而产生转化的质体；和(b)将转化的质体转移到第二种植物的细胞，其中第一和第二种植物是基因不同的。在该方面，质体的转化在质体转移到另一植株前进行。在优选例中，第一和第二种植物是同一科的成员，更优选是同一属的成员。上述的其它与本专利技术的第一方面有关的优选例在本这里适用。本专利技术的第四个和相关的方面针对一种制备转质体基因组植物的方法。该方法包括步骤(a)将含有可选择标记基因的感兴趣的核酸引入第一种植物的细胞的质体，从而产生转化的质体；(b)将转化的质体转移到第二种植物的细胞，其中第一和第二种植物是基因不同的；(c)从(b)的细胞再生表达可选择标记基因的转质体基因组植物。本专利技术的第五个方面针对从植物获得的植物细胞或原生质体，或所述细胞或原生质体的培养物，含有从基因不同的植物获得的质体，其中质体被感兴趣的DNA分子转化。在优选例中，植物细胞是烟草属(Nicotiana)细胞、茄属(Solanum)细胞、诸葛菜(Orychophragmus)细胞、雷斯克懒勒属(Lesquerella)细胞或芸苔属(Brassica)细胞。在其它优选例中，质体获自马铃薯、番茄、茄子、枸杞(Licium)属或芸苔属。在其它优选例中，受体或剪切板植物细胞是烟草细胞，质体来自茄科的另一成员，例如马铃薯、番茄、茄和宁夏枸杞(Licuium barbarum L.)获得(或“供给”)。在其它优选例中，受体植物细胞是诸葛菜属细胞或雷斯克懒勒属细胞，质体是从芸苔(Brassica napus L.)获得的。在其它实施例中，受体和供体植物是禾本科的成员。本专利技术的方法是特别有利的，因为它们对于几乎所有作物物种，特别是经济上重要的变种提供了相对容易和有效的质体操纵方法。附图简述附图说明图1是本专利技术实施例的示意性说明。图2是溴乙锭染色的凝胶的照片，显示在各种植物中存在外源DNA。用对aadA基因的内部特异性的引物进行了PCR扩增反应。扩增产物长479bp。转化的烟草(N.tabacum)DNA用作阳性对照。泳道1-马铃薯(即马铃薯/烟草重组质体)，未转化的植株(阴性对照)；2-马铃薯，克隆l；3-马铃薯，克隆2；4-马铃薯，克隆3；5-烟草，转化植株(阳性对照)，478bp；6-烟草(颠茄属(Atropa))胞质杂种；7-烟草(赛莨菪属(Scopolia))胞质杂种；8-烟草(蛾蝶花属(Salpigloss本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转化质体的方法，其特征在于，该方法包括：（ａ）将质体从第一种植物的细胞转移到第二种基因不同的植物的细胞；（ｂ）将感兴趣的核酸转移入所述质体，从而产生转化的质体；和（ｃ）将所述转化的质体引入第三种植物的细胞，其中第一和第三种植 物可以是彼此基因相同或基因不同的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：NV屈奇克，
申请(专利权)人：依康遗传学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]