植物基因表达的控制制造技术

本发明专利技术公开了一种制备遗传学修饰的植物的方法，包括：从被下述ＤＮＡ序列转染的植物细胞再生完整的植株，所述的ＤＮＡ序列包括与瞬时活化启动子相连接的其表达产生一个改变的植物表型的第一个基因，该基因和启动子通过旁侧具有特异切除序列的封阻序列分隔开，该ＤＮＡ序列还包括编码特异于与阻抑型启动子的相连的特异切除序列的重阻酶的第二个基因，以及编码特异于该阻抑型启动子的阻遏物的第三个基因。还公开了制备遗传学修饰的杂交植物的方法，该方法是将第一种植物与第二种植物进行杂交，并从杂交种子生长杂交植物，所述的第一种植物是从用下述ＤＮＡ序列转染的植物细胞再生得到，所述的ＤＮＡ序列包括与瞬时活化启动子相连接的其表达产生一个改变的植物表型的第一个基因，该基因和启动子通过旁侧具有特异切除序列的封阻序列分隔开；所述的第二种植物是从用下述ＤＮＡ序列转染的第二种植物细胞再生得到，所述的ＤＮＡ序列包括编码特异于与萌发活化启动子的相连的特异切除序列的重阻酶的第二个基因。还公开了含有上述ＤＮＡ序列的植物细胞、植物组织、植物种子以及完整植株。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及转基因植物并涉及一种制备带有可控制基因的转基因植物的方法。更具体地说，本专利技术涉及已被修饰的转基因植物，以便使所需的导入的基因的表达被限制于一个植物发育的特定时期，一种特定的植物组织，特定的环境条件，或者特定时间或位置，或者是这些情况的组合。在一种或多种有机体中可操作的各种基因表达控制因子是已知的，例如，PCT申请WO90/08826(Bridges，et al)公开了一种对一种外源化学诱导物敏感的可诱导的基因启动子，称做“基因开关”。这个启动子可以与一个基因相连接并导入一种植物，该基因可以通过应用化学诱导物直接激活启动子而有选择地表达。PCT申请WO94/03619(Bright et al)公开了由一个与阻遏物基因相连接的基因开关和一个与能够破坏植物发育的破坏蛋白相连接的可阻遏操纵子组成的基因盒。通过应用或抑制一种化学诱导物可以控制植物的生长。当诱导物存在时，阻遏物可被表达，附着于破坏基因的启动子被遏制，破坏蛋白不表达，附着于破坏基因的启动子被遏制，破坏蛋白不表达，从而允许植物正常生长。如果抑制化学诱导物，基因开关被关闭，阻抑型启动子没有被阻抑，所以破坏蛋白被表达并且植物发育受到破坏。据说这一系统通过依赖于连续应用化学诱导物进行连续生长和发育而控制植物不进入野生状态，并通过在种子发育的最后时期阻抑化学诱导物而缓和谷粒收获前发芽的问题。Gatz和Quail(1988)和Gatz et al(1992)(Hoppe-Seyler，372659-660(1991)，公开了一个由应用四环素所控制的植物活化阻遏物-操纵子系统。该系统由Tn10tet阻遏物基因和一个花椰菜花叶病毒(Ca MV)35S启动子组成，它修饰后含有二个tet操纵子并与氯霉素乙酰转移酶(cat)基因相连接(Gatz和Quail，1988)，或者它修饰后含有三个tet操纵子并连接到β-葡糖醛酸酶(gus)基因上(Gatz et al.，1992)。只要Tn10 tet阻遏物基因是具活性的，修饰后的启动子就被阻遏物与tet操纵子的相互作用所遏止，并且cat或gus基因不表达。四环素的存在抑制了阻遏物的结合，使cat或gus基因表达。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术涉及制备一种含有其表达可通过应用外部刺激物而控制的基因的转基因植物。该系统采用一种外部刺激物对基因表达进行正调控，不需要连续应用外部刺激物维持基因表达。在第二个实施方案中，本专利技术也涉及制备转基因亲代植物，它们通过杂交产生能表达在任一亲本中均不表达的基因的子代。通过控制影响植物表型的基因的表达，可以使植物生长在使一种表型呈优势的一套条件或一种环境中，然后移植植物或种植它的种子到使另一表型呈优势的另一套条件或另一种环境中。这项技术在农业和园艺应用上有特殊用途。根据本专利技术的一个实施方案，将一系列序列导入一种植物，所述序列包含有一个连接到结构基因上的瞬时激活启动子，该启动子和结构基因被一个两侧结合有特异切除序列的封阻序列所分开，还包含一个可操纵地连接到编码能够识别所述特异切除序列的位点特异性重组酶的基因的阻抑型启动子，和一个编码特异于所述阻抑型启动子的阻遏物的基因，所述阻遏物对外部刺激物敏感。没有应用外部刺激物时，结构基因不表达。应用刺激物时，阻遏物功能被抑制，重组酶被表达并导致在特异切除序列去除封阻序列，从而将结构基因和瞬时活化启动子直接连接。在该实施方案的修改方案中，将编码重组酶的序列借助一个病毒载体单独地导入植物中。在另一种可选用的实施方案中，没有使用阻遏物基因或阻抑型启动子。而是将重组酶基因连接到一个萌发特异性的启动子上并导入到不含其他序列的另一种植物中。含有瞬时活化启动子，封阻序列和结构基因的植物和含有重组酶基因的植物杂交，产生含有所有序列的子代。当第二个瞬时活化启动子变为活化时，重组酶在子代中将封阻序列去除，使结构基因在子代中表达，而结构基因在两个亲本中不表达。在另一个实施方案中，重组酶基因简单地与一个诱导型启动子连接。把植物暴露于特异于诱导型启动子的诱导环境中可导致重组酶基因的表达和封阻序列的切除。在所有这些实施方案中，当瞬时活化启动子在正常生长和发育过程中变成有活性时结构基因被表达，并只要瞬时活化启动子是有活性的，则结构基因将持续地表达，而不需要连续的外部刺激。这个系统对下述种子发育是特别有用的，即一个特定性状仅在该种子生长成的植物的第一代中需要，或者仅在随后的代中需要一个性状。专利技术详述本专利技术涉及一种制备转基因植物的方法，其中特定的植物性状的表达主要受外部控制。在一个实施方案中，所述控制是通过应用一种外部刺激物而获得；在另一个实施方案中所述控制是通过杂交获得，在又一个实施方案中控制是通过将一种重组酶或重组酶基因直接导入到一种植物而获得。本专利技术中的转基因植物是通过把一系列功能相关的DNA序列导入植物的基因组而制得的，所述DNA序列含有以下基本因子一个在植物发育特定时期或在特定环境条件下有活性的植物活化启动子(“瞬时活化启动子”)，一种其表达导致植物表型改变的基因，该基因借助一个将瞬时活化启动子和该基因分隔开的封阻序列连接到瞬时活化启动子上；封阻序列旁侧的特异切除序列，其中特异切除序列由位点特异性重组酶识别，一个编码位点特异性重组酶的基因，一种连接到该重组酶基因的另外的阻抑型启动子，和一个编码特异于阻抑型启动子的阻遏物的另外的基因，阻遏物的行为对所应用的或外在的刺激敏感。这些因子可以以任何顺序排列，只要能获得下面描述的相互作用即可。在一个实施例中，优选地将它们按如下排列含有瞬时活化启动子，第一个特异切除序列，封阻序列，第二个特异切除序列，其表达导致改变的植物表型的基因的第一个DNA序列；含有可操作地连接于重组酶基因的阻抑型启动子和任选的增强子的第二个DNA序列；含有编码特异于可阻遏启动子的阻遏物的基因的第三个DNA序列，它本身连接于植物中有功能的组成型启动子。第三个DNA序列可以方便地作为定位于第一个DNA序列的封阻序列，但也可以不改变系统功能而独立地存在。可将该实施例进行修饰，即将重组酶序列借助一个病毒载体单独地导入。在另一个的实施方案中，优势的排列如下所述含有第一个DNA序列的第一个植物，该DNA序列包括瞬时活化启动子，第一个特异切除信号序列，封阻序列，第二个特异切除信号序列，和其表达导致一个改变的植物表型的基因；含有第二个DNA序列的第二个植物，所述DNA序列包含一个可操作地连接到重组酶基因上的组成型植物活化启动子(两个植物杂交产生的子代含有所有上述序列)。当一种植物含有任何一个实施例的基本元件时，其表达导致一个改变的植物表型的基因是不活化的，因为其是通过封阻序列与它的启动子相分隔的。在第一个实施方案中缺乏外部刺激，阻遏物是活化的并阻遏控制重组酶表达的启动子；在另一个可选择实施方案中，重组酶不与第一个DNA序列存在于同一植物中。这样一种植物将不显示改变的表型并将产生使所繁殖的植物也不显示改变表型的种子。当将阻遏物敏感的刺激物应用于这一种子或这种植物时，阻遏物不再有功能，使位点特异性重组酶表达，或者，当通过杂交将该重组酶导入时，它在种子发芽过程中被表达，这两者都导致在特异性切除信号序列间的封阻序列被去除。由于封阻序列的去除，瞬时活化启动子变成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备遗传学修饰的植物的方法，包括将第一个ＤＮＡ序列、第二个ＤＮＡ序列和第三个ＤＮＡ序列导入一种植物细胞，所述的第一个ＤＮＡ序列含有其表达导致产生改变的植物表型的第一个基因和一个瞬时活化启动子，第一个基因和瞬时活化启动子可操作地相互连 接，但由一个旁侧具有特异切除序列的封阻序列分开，封阻序列的存在阻止第一个基因的表达，所述的第二个ＤＮＡ序列含有编码一种重组酶的第二个基因和一个可操作地以功能关系连接到第二个基因上的阻抑型启动子，所述的重组酶特异于第一个ＤＮＡ序列的封阻序列旁侧的特异切除序列，所述的第三个ＤＮＡ序列含有编码特异于第二个ＤＮＡ序列的阻抑型启动子的阻遏物的第三个基因；从所述的植物细胞再生一个完整植株。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅尔文约翰奥利弗，杰里埃德温奎森伯里，诺玛李格罗薇尔特罗林德，唐李凯姆，
申请(专利权)人：德尔塔和潘兰德公司，由美国农业部长代表的美国政府，
类型：发明
国别省市：US[美国]