种子特异性和胚乳优选性启动子及其用途制造技术

本发明专利技术涉及包含早期种子特异性和胚乳优选性启动子活性的芸苔属(Brassica)序列。提供包含了与异源核酸序列有效连接的早期种子特异性和胚乳优选性启动子的重组基因和包含该重组基因的细胞、植物及种子。这些启动子可以用来在早期发育阶段的种子和优选在胚乳中特异性改变基因表达及用来改变生物性或非生物性胁迫耐受性、产率、种子品质或种子特性。

Seed-specific and endosperm-preferred promoters and their applications

The present invention relates to Brassica sequences containing early seed specificity and endosperm preferred promoter activity. Provides recombinant genes containing early seed-specific and endosperm-preferred promoters effectively linked to heterologous nucleic acid sequences and cells, plants and seeds containing the recombinant genes. These promoters can be used to specifically alter gene expression in early stage seeds and to optimize endosperm and to alter tolerance, yield, seed quality or seed characteristics to biotic or abiotic stresses.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】种子特异性和胚乳优选性启动子及其用途专利
本专利技术涉及在植物种子特异性表达目的基因的材料和方法。特别地，本专利技术提供调节植物中种子特异性和胚乳优选性表达的表达盒。背景修饰植物以改变和/或改善表型特征(如生产率或品质)需要植物组织中内源基因过量表达或下调或异源基因表达。这类基因修饰依赖于按要求驱动和控制基因表达的手段的可用性。实际上，基因修饰依赖于合适启动子的可用性和用途，所述的启动子在植物中有效并且调节基因表达，从而在转基因植物中产生所需的作用。对于植物生物技术中的众多应用而言，组织特异性或组织优选性表达谱是有利的，原因是一种组织中表达的有益作用可能在其他组织中具有缺点。种子优选性或种子特异性启动子可用于种子中特异性表达或下调基因以得到所需的功能或作用，如改善抗病性、除草剂抗性、调整种子或籽粒组成或品质，如调整淀粉品质或数量、调整油品质或数量、调整氨基酸或蛋白质组成、改善生物性或非生物胁迫耐受性、增加产量或改变种子中的代谢途径。种子优选性或种子特异性启动子的例子包括来自拟南芥(Arabidopsisthaliana)的液泡形成体固有蛋白α启动子(美国专利申请US2009/0241230)、来自拟南芥的KNAT411启动子(美国专利号6,342,657)、油质蛋白启动子、来自亚麻(Linumusitatissimum)的2S贮藏蛋白启动子或豆球蛋白样种子贮藏蛋白启动子(美国专利号7,642,346)、来自欧洲油菜(Brassicanapus)的酰基载体蛋白启动子(美国专利申请号1994/0129129)、大麦β-淀粉酶启动子(美国专利申请号1997/0793599)和向日葵Hads10G1启动子(美国专利号6,759,570)。已经从禾谷植物如稻(Wu等人,1998,PlantCellPhysiol39:885；Russell和Fromm,1997,TransgenicRes6:157；Hwang等人,2002,PlantCellRep9:842；US2011/0093984、US8,552,256)、玉米(US7071378、US2007/0169226、US2009/0227013、WO2005/042745、WO2010/147825；WO2012/159891)、小麦(Lamacchia等人,2001,JExpBot52:243；Song等人,2012,ZNaturforschC67:611；WO2010/129999、WO2010/118477)和大麦(US2007/0199106、WO1998/008961)鉴定到几种胚乳优选性启动子。也已经在拟南芥属模式植物中鉴定胚乳优选性启动子(WO2007/110600；Tiwari等人,2006,PlantBiotechJ.4:393)。关于来自无胚乳作物植物或来自积累油的作物植物的胚乳优选性启动子的了解有限。Huang等人,2009,BMCGenomics10:256已经鉴定了欧洲油菜的胚发育阶段间在欧洲油菜的胚乳中表达的约1200个基因。但是，这项研究并未将胚乳中基因的表达与其他植物组织中的表达比较，并且重点在于极早种子发育阶段。另外，Huang等人未鉴定在胚乳中积累的基因的启动子的序列。仍有兴趣分离具有胚乳优选性活性的新型早期种子特异性启动子。因此，本专利技术的目的是提供具有早期种子特异性活性和胚乳优选性活性的芸苔属(Brassica)启动子。如本文进一步解释，本专利技术解决了这个目的。概述在一个方面，本专利技术提供包含早期种子特异性和胚乳优选性启动子活性的分离核酸，其选自：(a)包含SEQIDNO:2至13中任一者或其功能性片段的核苷酸序列的核酸；和(b)包含与SEQIDNO:2至13中任一者或其功能性片段具有至少95％序列同一性的核苷酸序列的核酸。另外，提供分离的核酸，其包含SEQIDNO:38的核苷酸序列、核苷酸序列gtgaaaaga、SEQIDNO:39至41的核苷酸序列、核苷酸序列tttgcayrt、SEQIDNO:42至47的核苷酸序列。又一个实施方案提供重组基因，其包含与编码目的表达产物的异源核酸序列有效连接的本专利技术核酸和任选地转录终止及多聚腺苷化序列、优选地在植物细胞中有功能的转录终止和多聚腺苷化区。在又一个实施方案中，目的表达产物是能够调节基因表达的RNA或是蛋白质。又一个实施方案提供包含本专利技术的分离核酸或根据本专利技术的重组基因的宿主细胞，如大肠杆菌(E.coli)细胞、农杆菌(Agrobacterium)细胞、酵母细胞、藻类或植物细胞。在又一个实施方案中，提供包含本专利技术重组基因的植物。然而，又一个实施方案提供从本专利技术植物可获得的种子。在另一个实施方案中，本专利技术的植物或植物部分是种子作物植物或种子。又一个实施方案提供一种产生转基因植物的方法，所述方法包括步骤(a)将本专利技术的重组基因引入或提供给植物细胞以产生转基因细胞；和(b)从所述转基因细胞再生转基因植物。另外提供是一种实现核酸的早期种子特异性和胚乳优选性表达的方法，所述方法包括将本专利技术的重组基因引入植物的基因组，或提供本专利技术的植物。还提供是一种用于改变植物的种子特性或在植物中产生有商业意义的产品的方法，所述方法包括将本专利技术的重组基因引入植物的基因组，或提供本专利技术的植物。在另一个实施方案中，所述植物是种子作物植物。还提供是本专利技术的分离核酸调节植物中有效连接的核酸表达的用途，和本专利技术的分离核酸或本专利技术重组基因改变植物的种子特性或在植物中产生有商业意义的产品的用途。在又一个实施方案中，所述植物是种子作物植物。又一个实施方案提供一种产生食物、饲料或工业产品的方法，所述方法包括(a)根据本专利技术获得植物或其部分；和(b)从该植物或其部分制备食物、饲料或工业产品。在另一个实施方案中，所述食物或饲料是油、饼粕、籽粒、淀粉、面粉或蛋白质，或所述工业产品是生物燃料、纤维、工业化学品、药物或营养药。附图简述图1：携带Penodl3-4BnC2::GUS的种子中的表达谱分析。早期(A、B)和晚期(C)的胚乳和种皮中的GUS标记情况。图2：携带Penodl3-4BnC2::GUS的胚中的GUS染色。A：不同发育阶段的完整胚中的GUS标记情况：子小图A：10至12DAF，子小图B：15至18DAF，子小图C：20至23DAF；子小图D：23至27DAF；子小图E：27至32DAF；子小图F：35至40DAF。B：切片的晚期胚中的GUS标记情况。图3：在携带Penodl3-4BnC2::GUST-DNA的转基因系中GUS标记情况(μU*mg-1鲜重*小时)的半定量评估。对以下阶段的种皮(A)和胚(B)染色：2：13至15DAF，3：16至18DAF，3：19至23DAF，4：25至29DAF，6：31至35DAF，7：37至40DAF。图4：不同芸苔属ENODL3-4蛋白质的氨基酸序列的比对结果。全部蛋白质中保守的氨基酸残基均用星号指示，保守氨基酸置换用冒号指示。任何二种ENODL3-4蛋白质之间的最低同一性是约80％。图5：不同植物组织中不同ENODL3-4转录物的相对表达水平。A：ENODL3-4BnC2、ENODL3-4BnC1、ENODL3-4BnA2和ENODL3-4BnA1；B：ENODL3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离的核酸，具有早期种子特异性和胚乳优选性启动子活性，选自：a.包含SEQ ID NO:2至SEQ ID NO:13中任一者的核苷酸序列或其功能性片段的核酸，和b.包含与SEQ ID NO:2至SEQ ID NO:13中任一者或其功能性片段具有至少95％序列同一性的核苷酸序列的核酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.11 EP EP16164663.31.一种分离的核酸，具有早期种子特异性和胚乳优选性启动子活性，选自：a.包含SEQIDNO:2至SEQIDNO:13中任一者的核苷酸序列或其功能性片段的核酸，和b.包含与SEQIDNO:2至SEQIDNO:13中任一者或其功能性片段具有至少95％序列同一性的核苷酸序列的核酸。2.根据权利要求1所述的核酸，在对应于SEQIDNO:2的核苷酸位置626和核苷酸位置975的核苷酸位置之间包含：a.SEQIDNO:38的核苷酸序列；b.核苷酸序列gtgaaaaga；c.SEQIDNO:39的核苷酸序列；d.SEQIDNO:40的核苷酸序列；e.SEQIDNO:41的核苷酸序列；f.核苷酸序列tttgcayrt；g.SEQIDNO:42的核苷酸序列；h.SEQIDNO:43的核苷酸序列；i.SEQIDNO:44的核苷酸序列；j.SEQIDNO:45的核苷酸序列；k.SEQIDNO:46的核苷酸序列；和l.SEQIDNO:47的核苷酸序列。3.重组基因，其包含与编码目的表达产物的异源核酸序列有效连接的根据权利要求1或2所述的核酸和任选地转录终止及多聚腺苷化序列、优选地在植物中有功能的转录终止和多聚腺苷化区。4.根据权利要求3所述的重组基因，其中目的表达产物是能够调节基因表达的RNA分子或是蛋白质。5.宿主细胞，包含根据权利要求1或2所述的分离的核酸或根据权利要求3或4所述的重组基因。6.根据权利要求5所述的宿主细胞，其为大肠杆菌(E.coli)细胞、农杆菌(Agrobacterium)细胞、藻细胞、酵母细胞或植物细胞。7.植物，包含根据权利要求3或4所述的重组基因。...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·德诺尔夫，K·范奥登霍夫，J·特斯克，
申请(专利权)人：巴斯夫农业种子解决方案美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US