果实具有黄色和红色区段的番茄植物制造技术

本发明专利技术涉及果实具有红色和黄色区段的番茄植物，所述红色和黄色区段遍布于从内部种子区域贯穿果实直到表皮最外层的范围内。本发明专利技术公开了这种称为阿莱基诺的表型与八氢番茄红素合成酶1(Psy1)基因内的插入突变有关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】果实具有黄色和红色区段的番茄植物
本专利技术涉及果实具有红黄双色果肉和表皮的番茄植物，所述番茄植物在其基因组内包含处于八氢番茄红素合成酶1(Phytoenesynthase1，Psy1)基因内的插入突变。
技术介绍
番茄在全世界许多国家是一种基本的营养成分。已知它的维生素、矿物质和抗氧化成分可以为消费者提供这些对健康有益的成分。市场上可以获得大量的番茄品种，并且众所周知的是除了营养和口味参数以外，颜色和一般外观也会影响私人以及烹饪专业顾客对番茄果实的购买。番茄果实的颜色是由番茄红素提供的，番茄红素是一种具有11个共轭双键的直链胡萝卜素分子，它在果实成熟期间在成色素细胞内累积到高浓度。番茄红素的生物合成主要受类胡萝卜素生物合成酶的基因表达水平的控制。在果实熟化期间，关于番茄红素上游酶的基因上调，而关于使番茄红素代谢成α-和β-胡萝卜素的番茄红素环化酶的基因则发生沉默。作物品种的改良自农业开始以来就一直是人类的基本追求。可以想象，独特的植物表型，有时甚至由单个植物体现，吸引了第一批古代育种者的眼球。进行这种改良过程的方式构成了创始人效应(foundereffect)，这种效应往往表现为严重的遗传瓶颈。由于早期驯化和现代育种活动中造成的这些遗传瓶颈，大多数作物品种的栽培品种仅带有其野生原种和地方种属中所存在的一小部分变异(坦克斯利(Tanksley)SD和迈克库奇(McCouch)SR.1997.《科学(Science)》277：1063-1066)。现代作物的遗传变异范围缩小是造成各种植物病虫害遗传易感性的原因之一。此外，它由于降低了获得更好的基因和等位基因组合以改良具有农业重要性的性状的机会而呈现出育种障碍。遗传学、分子生物学和植物育种领域中最有力有效的方法之一基于突变变异。突变是形成变异以改良现有多样性的生存能力和新型生态型、种属和物种进化的主要进化力量。然而，由于自发突变体的频率非常低，它们提供了关于相对少量基因和生物现象的信息。因此，已经开发出人工诱变方法并正在应用于诱发变异。诱发的变异又被反过来用作发现基因功能和了解发育过程的工具。一种番茄突变的可用来源是由本专利技术的专利技术人之一和同事在加工番茄近交系品种M82的遗传背景中产生的等基因番茄“突变文库”(门达(Menda)N等人，2004.《植物杂志(PlantJ.)》38:861-872)。为了产生所述文库，对衍生自甲磺酸乙酯(EMS)化学处理和快速中子种子诱变的共计13,000个M2家族在田间条件下生长时进行表型分型。根据这些表型，将这些家族分类成一个形态目录，其中包括15个主要类别和48个次要类别。这一文库中已经鉴别出了超过3000种突变。一些突变代表了来自番茄遗传资源中心(TGRC)的单基因突变体库的先前描述的表型的新等位基因，其中大部分在M82等基因群体中。此外，还鉴别出了超过1,000种每个基因座具有多个等位基因的新表型。共有相似表型的突变体之间的等位性测试的结果验证了所述群体正在达到饱和的假设，并命中大多数基因(例如，从显性LANCEOLATE突变体鉴别出8个独立的等位基因；从黄色果实黄色果肉突变获得5个等位基因)。此外，筛选1,000个经受两轮EMS处理的EMS家族没有产生新表型。在二十一世纪早期就已经认识到野生物种作为遗传变异来源从而带来作物改良的潜力(扎米尔(Zamir)D.2001.《自然综述遗传学(NatRevGenet.)》2:983-989)。最初的种间育种尝试遇到了严重的问题，包括野生物种和栽培作物之间杂交中的不相容；F1杂交种不育；分离世代的不育；野生物种和栽培作物的染色体之间的重组减少；以及具有负面影响和感兴趣性状的基因之间的紧密关联(迈克库奇(McCouch)S.2004.《公共科学图书馆生物学(PLoSBiol.)》2)。尽管存在这些障碍，但还是有很多例子，其中野生基因渗入育种为现代品种的发展作出了巨大的贡献，主要作为单基因或有时称为单个基因性状的来源，并在较小程度上作为复杂性状例如产量、组成质量和对各种压力的抗性的来源，所述复杂性状受定量的性状基因座的影响(QTL；弗尼(Fernie)AR等人，2006《当代植物生物学观点(Curr.Opin.PlantBiol.)》9:196-202)。尽管有上述用于产生新的番茄表型的工具，但市场上对果实具有新的、有吸引力的颜色的稳定栽培品种仍然有持续的需求。
技术实现思路
本专利技术涉及产生具有黄红区段的果实的番茄栽培品种，所述黄红区段贯穿整个果实，从内部胎座和/或子囊腔(locule)直到果皮的外表皮层。在本文中称为阿莱基诺(Arlecchino)的这种黄红条纹表型可以包括在单个果实中每种颜色的一个条纹或区段到所述果实中每种颜色的多个条纹。与迄今已知的具有黄红交替的表皮表型的果实形成对比，阿莱基诺表型显示贯穿整个果实的颜色部分。本专利技术进一步涉及本专利技术植物的种子，由所述种子长出的植物，其后代，由所述植物产生的果实，由所述植物衍生的植物部分，以及其产生方法。本专利技术部分地基于来源于野生物种番茄与商业栽培品种的人为杂交的番茄回交近交系群体中突变的意外发现。所述突变，即八氢番茄红素合成酶1(Psy1)基因内的插入突变与上述阿莱基诺表型有关。阿莱基诺表型的黄色部分来源于Psy1基因内的插入，所述插入位于存在于所述基因的外显子8和外显子9之间的内含子8中(根据图8所示的基因结构，由焦里奥(Giorio)G等人，2008.《欧洲生物化学学会联合会杂志(FEBSJ.)》275:527-535发表的结构更新)。在阿莱基诺果实的黄色部分中观察到的初始插入是包含核酸序列ATCTGGATA(SEQIDNO:1)的九(9)个核苷酸的插入。所述插入在Psy1基因内的位置指示由一个腺嘌呤(A)核苷酸隔开的包含核酸序列TCTGGATA(SEQIDNO:2)的八(8)个核苷酸的同向重复序列。使用高保真度DNA聚合酶(PrimeSTARGXLDNA聚合酶(宝生物工程株式会社(TakaraBio))进一步分析所述插入，对扩增的多核苷酸进行的克隆和测序显示与阿莱基诺表型有关的侧接有SEQIDNO:2所示的核酸序列的转座子的插入。尽管如此，使用标准DNA聚合酶(READY-MIX试剂盒(Syntezza))由从阿莱基诺果实的黄色部分获得的遗传物质扩增包含核酸序列TCTGGATAATCTGGATA(SEQIDNO:7)，包含由腺嘌呤(A)核苷酸隔开的同向重复序列的PCR产物。在黄色部分的细胞中，插入以纯合形式存在。阿莱基诺表型的红色部分包含野生型Psy1等位基因或包含转座子切除足迹的Psy1等位基因，所述转座子切除足迹在内含子内包含同向重复区域的可变序列。不希望被任何具体的理论或作用机制所束缚，这种迄今为止未知的突变可能是通过人为基因杂交实现的合并不同基因组的结果。根据一个方面，本专利技术提供了一种番茄栽培品种，其产生具有阿莱基诺表型的果实，所述表型中黄红区段遍布于从胎座和/或子囊腔贯穿果实果皮直到表皮的范围内，其中所述表型与至少一个rar1等位基因有关，所述rar1等位基因是在等位基因的内含子内包含插入的八氢番茄红素合成酶1(Psy1)等位基因，其中所述插入产生Psy1的非功能性剪接变体。根据某些实施方式，阿莱基诺果实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生具有阿莱基诺表型的果实的番茄栽培品种，所述表型中黄红区段遍布于从胎座和/或子囊腔贯穿果实果皮直到表皮的范围内，其中所述表型与至少一个r

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.06 US 62/188,7551.一种产生具有阿莱基诺表型的果实的番茄栽培品种，所述表型中黄红区段遍布于从胎座和/或子囊腔贯穿果实果皮直到表皮的范围内，其中所述表型与至少一个rarl等位基因有关，所述rarl等位基因是在所述等位基因的内含子内包含插入的八氢番茄红素合成酶1(Psy1)等位基因，其中所述插入产生Psy1的非功能性剪接变体。2.权利要求1的番茄栽培品种，其中黄色区段的细胞对于所述rarl等位基因而言是纯合的。3.权利要求1-2任一项的番茄栽培品种，其中所述插入包含在转座子3'端侧接有SEQIDNO:2所示的核酸序列的转座子。4.权利要求1-2任一项的番茄栽培品种，其中所述插入包含在转座子3'端侧接有SEQIDNO:1所示的核酸序列的转座子。5.权利要求1-4任一项的番茄栽培品种，其中所述转座子包含与SEQIDNO:3所示的核酸序列具有至少90％同源性的核酸序列。6.权利要求5的番茄栽培品种，其中所述转座子包含SEQIDNO:3所示的核酸序列。7.权利要求1-4任一项的番茄栽培品种，其中在所述Psy1等位基因内的所述插入包含与SEQIDNO:4所示的核酸序列具有至少90％同源性的核酸序列。8.权利要求1-3任一项的番茄栽培品种，其中在所述Psy1等位基因内的所述插入包含SEQIDNO:4所示的核酸序列。9.权利要求8的番茄栽培品种，其中所述rarl等位基因包含SEQIDNO:5所示的核酸序列。10.权利要求1-9任一项的番茄栽培品种，其中所述番茄栽培品种包含至少一种对于所述rarl等位基因而言纯合的果皮细胞和至少一种包含至少一个野生型Psy1等位基因或至少一个含有转座子切除足迹的Psy1等位基因的果皮细胞。11.权利要求10的番茄栽培品种，其中所述转座子切除足迹包含在SEQIDNO:7所示的核酸序列内的至少一个核苷酸缺失。12.权利要求1-11任一项的番茄栽培品种，其中所述果实是处于破色期和以后时期的熟化果实。13.权利要求1-12任一项的番茄栽培品种，所述栽培品种产生小“樱桃”果实。14.权利要求1-13任一项的番茄栽培品种，所述栽培品种是Solanumlycopersicum。15.权利要求1的番茄栽培品种，所述栽培品种在它的基因组内进一步包含编码黄色果肉表型的另外的Psy1突变等位基因。16.权利要求15的番茄栽培品种，其中所述另外的Psy1突变等位基因包含SEQIDNO:8和SEQIDNO:9中任一项所示的核酸序列。17.权利要求15-16任一项的番茄栽培品种，其中黄色区段的细胞包含一种rarl等位基因和一种编码所述黄色果肉表型的Psy1突变等位基因，并且红色区段包含野生型Psy1等位基因、包含转座子切除足迹的Psy1等位基因，或其组合。18.一种对于rarl等位基因而言纯合的番茄栽培品种，所述rarl等位基因是包含在转座子3'端侧接有SEQIDNO:2所示的核酸序列的转座子的插入的八氢番茄红素合成酶1(Psy1)等位基因，其中所述番茄栽培品种产生完全黄色的果实。19.权利要求18的番茄栽培品种，其中所述rarl等位基因包含SEQIDNO:5所示的核酸序列。20.权利要求17-18任一项的番茄栽培品种的种子，其中由所述种子长出的植物对于所述rarl等位基因而言是纯合的且产生完全黄色的果实。21.权利要求1-17任一项的番茄栽培品种的种子，其中由所述种子长出的植物产生具有如下表型的果实，所述表型中黄红区段遍布于从胎座和/或子囊腔贯穿果实果皮直到表皮的范围内，其中所述表型与至少一个rarl等位基因有关，所述rarl等位基因是在所述等位基因的内含子内包含插入的八氢番茄红素合成酶1(Psy1)等位基因，其中所述插入产生Psy1的非功能性剪接变体。22.权利要求1-21任一项的番茄栽培品种的植物部分，所述植物部分选自：叶、花粉、胚芽、根、根尖、花药、花、分离的细胞、分离的组织和其任意部分。23...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·希尔施贝格，达尼·扎米尔，雅科夫·米哈·布罗格，伊塔伊·泽马驰，奥利·德里，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊萨姆研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL