用于控制植物的雄性能育性的方法，其包括调节植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性。所述phasiRNA选自21‑nt phasiRNA和24‑nt phasiRNA。从而使植物的雄性能育性提高或降低。优选地，植物为单子叶植物并且变成雄性不育。还提供了所得的雄性不育植物及其用途。
Regulatory non coding RNA as a determinant of male sterility in grasses and other plants
A method for controlling the male fertility of plants, which includes the regulation of the biological activity of phasiRNA in male reproductive organs of plants. The phasiRNA is selected from 21 phasiRNA and 24 NT NT phasiRNA. So that the male fertility of plants can be increased or decreased. Preferably, the plant is a single leaf plant and becomes male sterile. Male sterile plants and their uses are also provided.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年10月11日提交的美国临时申请No.61/889,587的权益，其内容整体并入本文用于所有目的。
本专利技术一般性涉及植物遗传工程，特别是使用相位型小RNA(phasedsmallRNA，phasiRNA)以控制植物的雄性能育性(malefertility)。
技术介绍
多种小RNA存在于动物和植物的雄性生殖细胞中。在动物中，PIWI蛋白及其相互作用piRNA是精子发生所需的；PIWI编码基因缺陷的突变体无法产生成熟精子。虽然大多数果蝇(Drosophila)piRNA是重复衍生的并且使转座因子(TE)沉默，但是哺乳动物piRNA主要定位于独特的基因间区域，并且在生殖腺发育期间具有虽不明确但重要的作用。根据其表达时间、不同的大小和有区别的PIWI伴侣，哺乳动物piRNA进一步分为前粗线期(pre-pachytene)或粗线期。考虑到睾丸中发育阶段的连续体(continuum)，前粗线期类是无细胞已经到达粗线期的生殖腺的特征，而粗线期相关小RNA是大多数晚期种系细胞已经到达此减数分裂阶段的生殖腺的特征，并且生殖腺的更不成熟区中还存在所有先前的阶段。在有花植物中，花药等同于哺乳动物的睾丸，其由支持减数分裂前、减数分裂和减数分裂后单倍体细胞所需的多种类型的体细胞所组成。然而，不同于哺乳动物生殖腺的连续体，完整的花药历经顺序的发育界标(developmentallandmark)，并且在玉米中，器官内的减数分裂是同步的。植物与动物之间的第二主要差异是，植物的单倍体减数分裂产物为小孢子，其经过有丝分裂以产生三细胞配子体。配子体细胞中的两个是精子——后续参与双受精——而第三个细胞是具有代谢活性的单倍体营养细胞。与其哺乳动物对应物类似，植物种系也包含重复和不重复衍生的小RNA。在拟南芥(Arabidopsis)花粉中，在营养核中表达的TE衍生小干扰RNA(siRNA)转移至精子核后增强沉默。此外，稻花序则由非重复区产生21-和24-nt相位型次级siRNA(phasiRNA)。通过22-nt微RNA(miRNA)切割其前体是产生许多植物次级siRNA的一个关键步骤。在禾本科植物(grass)phasiRNA的情况下，其mRNA前体——“PHAS”转录物——经由RNA聚合酶II转录、被加帽且聚腺苷酸化。这些长非编码前体转录物经内部切割，由22-ntmiR2118指导产生21-ntphasiRNA，或者由miR2275指导产生24-ntphasiRNA(图1A)。RNA依赖的RNA聚合酶6(RDR6)识别这些转录物之经切割、未加帽的3’片段并合成第二链，从而形成双链RNA。后续通过Dicer-Like4(DCL4)和Dicer-Like5(DCL5)加工分别产生21-和24-ntphasiRNA。这两种dicer均表现出顺序剪接活性，在miRNA结合位点第11个核苷酸处精确地开始。这一活性产生来自各PHAS前体之规则间隔的相位型siRNA群。尽管植物缺少结合piRNA的PIWI进化枝ARGONAUTE，但是植物Argonaute(AGO)家族具有广泛的多样化，并且存在植物特异性AGO蛋白质。MeiosisArrestedAtLeptotene1(MEL1)(拟南芥AGO5的稻同源物)主要定位于减数分裂前之细胞的细胞质。近来，MEL1示出选择性结合21-ntphasiRNA。mel1丧失功能突变体具有停滞在减数分裂早期的异常绒毡层和畸变花粉母细胞(PMC，减数分裂开始前的最终分化状态)，表明21-ntphasiRNA对雄性能育性至关重要。雄性不育植物(malesterileplant)可用于产生期望的杂种种子(hybridseed)，以开发植物品种并且提高农作物产量。但仍需要有效地控制植物雄性能育性的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了用于控制植物的雄性能育性的方法。所述方法包括调节植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性。所述phasiRNA选自21-ntphasiRNA和24-ntphasiRNA。从而使植物的雄性能育性提高或降低。所述植物优选地为单子叶植物，例如玉米。所述方法还可包括调节雄性生殖器官的细胞中phasiRNA的表达。从而使所述phasiRNA的生物活性提高或降低。所述方法还可包括调节雄性生殖器官的细胞中phasiRNA之mRNA前体(PHAS)的表达、能够切割PHAS以产生phasiRNA之22-nt微RNA(miRNA)的表达或者能够调节所述植物中phasiRNA表达之辅助蛋白(facilitatingprotein)的表达。从而使phasiRNA的表达提高或降低。所述方法还可包括向雄性生殖器官的细胞中引入有效量的核酸分子，所述核酸分子对phasiRNA、mRNA前体(PHAS)或22-nt微RNA(miRNA)具有拮抗性。从而使phasiRNA、mRNA前体(PHAS)或22-nt微RNA(miRNA)的表达提高或降低。所述方法还可包括调节雄性生殖器官的细胞中RNA依赖的RNA聚合酶6(RDR6)的表达。从而使mRNA前体(PHAS)的表达提高或降低。在一些实施方案中，所述phasiRNA为21-ntphasiRNA，所述22-ntmiRNA为miR2118，并且所述辅助蛋白选自dicer蛋白和Argonaute(AGO)蛋白。所述dicer蛋白可为DICER-LIKE4(DCL4)。所述Argonaute(AGO)蛋白可为AGO5相关蛋白。例如，所述植物可为稻，并且所述AGO5相关蛋白可为MeiosisArrestedAtLeptotene1(MEL1)。在另一些实施方案中，所述phasiRNA为24-ntphasiRNA，所述22-ntmiRNA为miR2275，并且所述辅助蛋白选自dicer蛋白和Argonaute(AGO)蛋白。所述dicer蛋白可为DICER-LIKE5(DCL5)。所述Argonaute(AGO)蛋白可为AGO18蛋白。例如，所述植物可为玉米，并且所述AGO18蛋白可选自GRMZM2G105250和GRMZM2G457370。在一些优选的实施方案中，所述植物是雄性不育的植物。还提供了根据本专利技术的方法所获得的雄性不育植物。还提供了从所述雄性不育植物获得的植物细胞或组织。本专利技术还提供了用于产生杂种种子的方法。所述方法包括使本专利技术的雄性不育植物与其他植物杂交。从而产生杂种种子。还提供了根据该方法产生的杂种种子。附图说明图1A至B举例说明玉米中21-ntphasiRNA基因座和24-ntphasiRNA基因座的全基因组鉴定。(A)PhasiRNA生物发生途径，21-ntphasiRNA位于左侧而24-ntphasiRNA位于右侧，产生具有特征相位模式的基因座。(B)21-PHAS(染色体的左侧)基因座和24-PHAS(染色体的右侧)基因座在10条玉米染色体上的分布。500,000bp内的基因座簇集在一起；邻近各柱的数字表示该特定簇中基因座的数目。图2A至C示出21-nt减数分裂前phasiRNA和24-nt减数分裂phasiRNA是受发育调节的。(A)分析处于十种不同长度(发育阶段)的花药和花粉。上方，花药单裂片中的细胞模式示意本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于控制植物的雄性能育性的方法，所述方法包括调节所述植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性，其中所述phasiRNA选自21‑nt phasiRNA和24‑nt phasiRNA，从而使所述植物的雄性能育性提高或降低。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.11 US 61/889,5871.用于控制植物的雄性能育性的方法，所述方法包括调节所述植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性，其中所述phasiRNA选自21-ntphasiRNA和24-ntphasiRNA，从而使所述植物的雄性能育性提高或降低。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括调节所述雄性生殖器官的细胞中所述phasiRNA的表达，从而使所述phasiRNA的生物活性提高或降低。3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括调节所述雄性生殖器官的细胞中所述phasiRNA之mRNA前体(PHAS)的表达、能够切割PHAS以产生所述phasiRNA之22-nt微RNA(miRNA)的表达或者能够调节所述植物中所述phasiRNA表达之辅助蛋白的表达，从而使所述phasiRNA的表达提高或降低。4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括向所述雄性生殖器官的细胞中引入有效量的核酸分子，所述核酸分子对所述phasiRNA、所述mRNA前体(PHAS)或所述22-nt微RNA(miRNA)具有拮抗性，从而使所述phasiRNA、所述mRNA前体(PHAS)或所述22-nt微RNA(miRNA)的表达提高或降低。5.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括调节所述雄性生殖器官的细胞中RNA依赖的RNA聚合酶6(RDR6)的表达，从而使所述mRNA前体(PHAS)的表达提高或降低。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述phasiRNA为21-ntphasiRNA，所述22...
【专利技术属性】
技术研发人员：布莱克·迈耶斯，翟继先，弗吉尼亚·瓦尔布特，
申请(专利权)人：特拉华大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。