耐旱玉米制造技术

本发明专利技术提供了制备耐旱的遗传改变的植物的方法，以及可通过所述方法获得的植物及其用途。

Drought resistant maize

The invention provides a method for preparing drought-tolerant genetically modified plants, and plants obtained by the method and their uses.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐旱玉米专利
本专利技术涉及耐旱的植物以及相关方法和用途。引言玉米(Zeamays)生产通常被缺水损害，其在全球范围内因气候变暖的趋势和异常降雨形式而加重[1-2]。在过去二十年期间，尽管已经对玉米产量的整体增加取得了进展，植物对干旱胁迫的敏感度增加[1]。提出了提高玉米克服胁迫瓶颈的能力而不是初级生产力将会是生产较高产量的玉米的主要驱动力[3]。因此，增强的耐旱性已经成为在当前玉米遗传改善努力中的优先性状。然而，已经证实构成耐旱性的遗传组分的鉴别是具有挑战性的。迄今为止，尽管有其作图(mapping)信息的报告，尚未克隆导致玉米耐旱性的数量性状基因座(QTL)[4-7]。在双亲分离群体、通常为重组自交系(RIL)内使用分子标记物的基于某些性状的遗传连锁的常规QTL作图已经成功用于鉴别构成针对颖结构[8]、分支结构[9]、开花时间[10]、光周期敏感度[11]、对丝黑穗病(headsmut)的抗性[12]等的QTL的基因。然而，生成就性状而言表型差异明显的双亲的RIL通常花费较长的时间。此外，作图分辨率主要取决于在这些RIL之间的遗传重组。为了实现针对基因克隆的准确作图，通常首先需要大量的RIL或多个连续的自交或回交步骤，从而将含有候选基因的区域缩小。因此，已经进行了大量的QTL作图研究，但是仅克隆了它们中的有限数量[13]。这种方法的另一个限制是，在作图过程期间通常能够评价仅两个亲本等位基因中的一种或多种功能性变异。近来，已经使用基于遗传连锁不平衡(LD)并且利用天然变异和重组体的全基因组关联研究(GWAS)作为用于仔细研究植物中复杂性状基因座的新型策略[14-17]。因为可以在一组大量的基因型中采用历史的和革命性的重组事件，LD作图可以达到高分辨率并且研究单个基因座的多个等位基因[14]。随着高通量DNA变异发现技术的发展统计学分析的改进，GWAS已经在多个植物物种中的遗传研究中获得了认可。尤其是，归因于玉米基因组中的快速LD衰减，GWAS促进了多种复杂性状的遗传解剖，包括粒β-胡罗卜素[18]和油含量[19]、和玉米中的开花时间[20]。尽管已经尝试了玉米耐旱性的关联研究[21-24]，所提出的候选基因或其导致的变异仍然待确认和分辨。在玉米基因组中，基因组含量的～85％由转座元件(TE)构成，并且在TE的广阔区域中嵌入通用序列[25]。为了维持基因组的稳定性，归因于DNA和染色质修饰，转座元件(TE)通常是沉默的和非活性的[26]。然而，已经显示TE在植物进化和环境适应中起重要作用。例如，在teosintebranched1(tb1)的上游～60-kb插入的Hopscotch元件增加了玉米的顶端优势[9]并且发现位于ZmCCT的上游～2-kb的CACTA样转座元件有助于玉米光周期敏感度[20]。微型反向重复转座元件(MITE)是一类非自主DNA转座子，其通常短于600bp并且在植物基因组中广泛分布[27]。证实了在ZmRAP2.7的上游～70-kb的MITE插入与玉米开花时间相关[10]。TE可以通过位于其自身序列中的顺式作用元件或者通过改变相邻基因的DNA或染色质甲基化状态来影响附近的基因表达[26、28、29]。在水稻(Oryzasativa)中，最近已经发现MITE能够依赖Dicer样3a(OsDCL3a)活性产生24-ntsiRNA，并且通过RNA介导的DNA甲基化(RdDM)干扰附近的基因表达[30]。在植物中，RdDM通路由以下主要步骤组成：(i)RNA聚合酶IV从重复异染色质区域中转录单链RNA，(ii)其物理结合的RNA依赖性RNA聚合酶2(RDR2)合成双链RNA(dsRNA)，(iii)dsRNA被Dicer样3(DCL3)裂解为24-nt的siRNA，并且(iv)ARGONAUTE4(AGO4)随后将siRNA加载至其互补DNA区域。最后，所形成的复合体募集DNA甲基转移酶(DRM2)以催化在CG、CHG和CHH成分(H＝A、G或C)中胞嘧啶上的甲基化，尤其是在CHH序列环境中，其为RdDM31-33的标志。主要由组蛋白甲基转移酶SUVH4(也被称为KYP)催化的染色质组蛋白3赖氨酸9二甲基化(H3K9me2)的富集与在相邻区域中的DNA甲基化偶联[30、34]。专利技术人已经通过GWAS显示，在NAC基因(ZmNAC111)的启动子区域中的82-bp(MITE)插入与玉米耐旱性相关。MITE插入与在玉米中较低的ZmNac111表达相关，并且当在拟南芥中异源表达时，其通过RdDM通路抑制ZmNac111表达。转基因研究证实，ZmNac111的增强的表达在转基因拟南芥和玉米幼苗二者中通过提高植物水分利用效率(WUE)和在胁迫下增强胁迫应答基因的表达而赋予耐旱性。在热带/亚热带和温带基因型的类蜀黍(teosinte)之间的ZmNac111基因座上的MITE插入频率和核苷酸多样性的比较表明，MITE插入似乎在玉米由类蜀黍驯化之后发生并且在温带种质中分布。这种MITE插入的鉴别因此提供了对玉米耐旱性的遗传天然变异的认识。专利技术概述专利技术人已经确认并且表征了在玉米中的ZmNac111启动子基因，并且已经意外地发现在其中微型反向重复转座元件(MITE)插入至启动子中的植株中，其明显影响耐旱性。专利技术人也已经生成了过度表达ZmNac111遗传改变的、尤其是转基因的玉米和拟南芥(Arabidopsis)，其显示出与不过度表达ZmNac111的对照植物相比对干旱胁迫增强的耐受性。这些植物也未显示出任何生长不利后果。ZmNac111的鉴别及其在赋予耐旱性方面的作用具有明显价值，因为这种可以生成在农业中重要的耐旱植物。由此本专利技术的目标是提供显示出耐旱性的遗传改变的植物以及相关方法和用途。在一个实施方案中，本专利技术的目标是提供显示出耐旱性的转基因植物以及相关方法和用途。在第一方面中，本专利技术涉及遗传改变的植物或其部分，所述遗传改变的植物或其部分表达包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体的核酸构建体。在一个实施方案中，本专利技术涉及转基因植物或其部分，所述转基因植物或其部分表达包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体的核酸构建体。本专利技术还涉及产品，所述产品来源于如以上所限定的植物或来源于其部分。在另一个方面中，本专利技术涉及载体，所述载体包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体。在另一个方面中，本专利技术涉及宿主细胞，所述宿主细胞包含如上所述的载体。在另一个方面中，本专利技术涉及如在SEQIDNO.1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体或如上所述的载体在赋予耐旱性中的用途。在另一个方面中，本专利技术涉及如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体或如上所述的载体在干旱胁迫条件下增加植物的产量/生长中的用途。在另一个方面中，本专利技术涉及用于增加植物的耐旱性的方法，所述方法包括在所述植物中引入并且表达包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体的核酸构建体。在另一个方面中，本专利技术涉及用于在干旱或缺水条件下增加植物的产量的方法，所述方法包括在所述植物中引入并且表达包含如在SEQIDNO:1、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.遗传改变的植物，所述遗传改变的植物表达包含如在SEQ ID NO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体的核酸构建体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 CN 2015104379948;2015.09.21 CN PCT/CN201.遗传改变的植物，所述遗传改变的植物表达包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体的核酸构建体。2.根据权利要求1所述的植物，其中所述核酸序列编码包含SEQIDNO:4的多肽或其功能同源物或变体。3.根据权利要求1或2所述的植物，其中所述功能同源物或变体与由SEQIDNO:1、2、3或4表示的序列具有至少75％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、或99％的整体序列同一性。4.根据前述权利要求所述的植物，其中所述构建体还包含调控序列。5.根据权利要求4所述的植物，其中所述调控序列是组成型启动子、强启动子、诱导型启动子、胁迫诱导型启动子或组织特异性启动子。6.根据权利要求5所述的植物，其中所述调控序列是胁迫诱导型启动子。7.根据前述权利要求所述的植物，其中所述植物是单子叶或双子叶植物。8.根据权利要求7所述的植物，其中所述植物是作物植物或生物燃料植物。9.根据权利要求8所述的植物，其中所述作物植物选自玉米、水稻、小麦、油菜、高粱、大豆、马铃薯、番茄、葡萄、大麦、豌豆、菜豆、蚕豆、莴苣、棉花、甘蔗、甜菜、花椰菜或其他芸苔属蔬菜或杨树。10.根据权利要求9所述的植物，其中所述作物植物是玉米。11.根据前述权利要求所述的植物，其中所述植物具有增加的耐旱性。12.产品，所述产品来源于如在前述权利要求中所定义的植物或来源于其部分。13.载体，所述载体包含如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或其功能同源物或变体。14.根据权利要求13所述的载体，其中所述载体是表达载体。15.根据权利要求13或14所述的载体，所述载体还包含指引所述核酸的表达的调控序列。16.根据权利要求15所述的载体，其中所述调控序列是组成型启动子、强启动子、诱导型启动子、胁迫诱导型启动子或组织特异性启动子。17.根据权利要求16所述的载体，其中所述调控序列是胁迫诱导型启动子。18.宿主细胞，所述宿主细胞包含根据权利要求13至17中任一项所述的载体。19.根据权利要求18所述的宿主细胞，其中所述宿主细胞是细菌或植物细胞。20.如在SEQIDNO:1、2或3中所定义的核酸或...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦峰，毛虎德，王宏伟，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11