具有增强的性状的经修饰的植物制造技术

本公开提供具有增强的性状如增加的产量、提高的氮利用效率和增强的耐旱性或水利用效率的重组DNA构建体和经修饰的或转基因的植物。经修饰的或转基因的植物可包括大田作物以及此类经修饰的或转基因的植物的植物繁殖体、植物部分和子代。还提供了制备和使用此类经修饰的或转基因的植物的方法，以及从此类经修饰的或转基因的植物产生种子、使这种种子生长并选择具有增强的性状的子代植物的方法。还公开了具有改变的表型或性状的经修饰的或转基因的植物，所述改变的表型或性状可用于筛选和选择具有所需的增强的性状的转基因事件、编辑或突变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强的性状的经修饰的植物相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月21日提交的美国临时申请号62/589,171的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。序列表的并入名称为“MONS454WO_ST25.txt”的序列表文件随本文提交并且以引用的方式整体并入本文，所述序列表文件是395千字节(在MS-WINDOWS中测量)并且于2018年11月20日创建。
本文公开了重组DNA构建体，具有改变的表型、增强的性状、增加的产量、提高的氮利用效率和提高的水利用效率的植物；此类植物的繁殖体、子代和大田作物；以及生产和使用此类植物的方法。还公开了从此类植物产生种子、使这种种子生长和/或选择具有改变的表型、增强的性状、增加的产量、提高的氮利用效率和提高的水利用效率的子代植物的方法。
技术实现思路
在一个方面，本公开提供了重组DNA构建体，所述重组DNA构建体各自包含：(a)多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；(b)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽包含与选自由SEQIDNO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列；(c)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码mRNA分子，所述mRNA分子包含与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的多核苷酸序列；或(d)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码蛋白质，所述蛋白质包含与选自由SEQIDNO:70-76组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列。本公开的重组DNA构建体可包含多核苷酸序列，所述多核苷酸序列编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子，并且其中所述RNA分子包含多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列的至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20、至少21、至少22、至少23、至少24、至少25、至少26或至少27个连续核苷酸或与从所述内源性基因转录的mRNA序列的至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20、至少21、至少22、至少23、至少24、至少25、至少26或至少27个连续核苷酸具有至少80％、至少85％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％同一性或100％互补，所述内源性基因编码与选自由SEQIDNO:70-76组成的组的氨基酸序列至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％相同的蛋白质。根据一些实施方案，本公开的重组DNA构建体可包含多核苷酸序列，所述多核苷酸序列编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子，其中所述RNA包含与选自由SEQIDNO:84-90组成的组的序列至少80％、至少85％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％相同的多核苷酸序列。本公开的重组DNA构建体可包含选自由SEQIDNO:77-83组成的组的多核苷酸序列。所述重组DNA构建体可包含在植物细胞中具有功能性并与所述多核苷酸序列可操作地连接的异源启动子。还提供了包含这种重组DNA构建体的载体、质粒、植物、繁殖体和植物细胞。由所述重组DNA构建体编码的抑制RNA可选自由以下组成的组：双链RNA、反义RNA、miRNA和ta-siRNA。包含重组DNA构建体的植物可以是大田作物植物，如玉米、大豆、棉花、芥花、水稻、大麦、燕麦、小麦、草皮草、苜蓿、甜菜、向日葵、藜麦以及甘蔗。与对照植物相比，包含重组DNA构建体的植物可具有改变的表型或增强的性状。所述增强的性状可能是，例如，与对照植物相比，减少的从种植到成熟的天数、增加的茎杆大小、增加的叶片数量、增加的营养阶段的植株高度生长速率、增加的穗大小、增加的每个植株的穗干重、增加的每个穗的籽粒数量、增加的每个籽粒的重量、增加的每个植株的籽粒数量、减少的穗空粒(earvoid)、延长的籽粒灌浆期、降低的植株高度、增加的根分枝数量、增加的总根长、增加的产量、提高的氮利用效率以及提高的水利用效率。所述改变的表型可以是例如植株高度、生物量、冠层面积、花青素含量、叶绿素含量、施水量(waterapplied)、水含量和水利用效率。根据另一个方面，本公开提供了用于在植物中改变表型、增强性状、增加产量、提高氮利用效率或提高水利用效率的方法，所述方法包括产生包含本公开的重组DNA构建体的转基因植物。产生转基因植物的步骤还可包括用所述重组DNA构建体转化植物细胞或组织，以及从包含所述重组DNA构建体的植物细胞或组织再生或发育成所述转基因植物。然后可将所述转基因植物与(a)自身；(b)来自同一株系的第二植物；(c)野生型植物；或(d)来自不同株系的第二植物杂交以产生一种或多种子代植物；并且植物可选自与对照植物相比具有增加的产量、提高的氮利用效率或提高的水利用效率或其他改变的表型或增强的性状的子代植物。还提供了通过这种方法产生的植物。根据另一个方面，本公开提供了在定点整合中用作供体模板的重组DNA分子，其中所述重组DNA分子包含插入序列，所述插入序列包含：(a)多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；(b)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽包含与选自由SEQIDNO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列；(c)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码mRNA分子，所述mRNA分子包含与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的多核苷酸序列；或(d)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码蛋白质，所述蛋白质包含与选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重组DNA构建体，所述重组DNA构建体包含：/na)多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQ ID NO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；/nb)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽包含与选自由SEQ ID NO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列；/nc)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码mRNA分子，所述mRNA分子包含与选自由SEQ ID NO:63-69组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的多核苷酸序列；或/nd)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码蛋白质，所述蛋白质包含与选自由SEQ ID NO:70-76组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171121 US 62/589,1711.一种重组DNA构建体，所述重组DNA构建体包含：
a)多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；
b)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽包含与选自由SEQIDNO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列；
c)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码mRNA分子，所述mRNA分子包含与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的多核苷酸序列；或
d)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码蛋白质，所述蛋白质包含与选自由SEQIDNO:70-76组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列。


2.如权利要求1所述的重组DNA构建体，其中所述多核苷酸序列编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子，并且其中所述RNA分子包含多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列的至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20、至少21、至少22、至少23、至少24、至少25、至少26或至少27个连续核苷酸至少80％、至少85％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％互补。


3.如权利要求1所述的重组DNA构建体，其中所述多核苷酸序列编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子，并且其中所述RNA分子包含多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与编码蛋白质的mRNA序列的至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20、至少21、至少22、至少23、至少24、至少25、至少26或至少27个连续核苷酸至少80％、至少85％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％互补，所述蛋白质具有与选自由SEQIDNO:70-76组成的组的序列至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％相同的氨基酸序列。


4.如权利要求1所述的重组DNA构建体，其中所述多核苷酸序列编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子，其中所述RNA分子包含与选自由SEQIDNO:84-90组成的组的序列至少80％、至少85％、至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％相同的多核苷酸序列。


5.如权利要求1所述的重组DNA构建体，所述重组DNA构建体还包含在植物细胞中具有功能性并与所述多核苷酸序列可操作地连接的异源启动子。


6.一种载体或质粒，所述载体或质粒包含如权利要求1所述的重组DNA构建体。


7.一种植物，所述植物包含如权利要求1所述的重组DNA构建体。


8.如权利要求7所述的植物，其中所述植物是大田作物。


9.如权利要求8所述的植物，其中所述大田作物植物选自由以下组成的组：玉米、大豆、棉花、芥花、水稻、大麦、燕麦、小麦、草皮草、苜蓿、甜菜、向日葵、藜麦以及甘蔗。


10.如权利要求7所述的植物，其中与对照植物相比，所述植物具有改变的表型或增强的性状。


11.如权利要求10所述的植物，其中所述增强的性状选自由以下组成的组：与对照植物相比，减少的从种植到成熟的天数、增加的茎杆大小、增加的叶片数量、增加的营养阶段的植株高度生长速率、增加的穗大小、增加的每个植株的穗干重、增加的每个穗的籽粒数量、增加的每个籽粒的重量、增加的每个植株的籽粒数量、减少的穗空粒、延长的籽粒灌浆期、降低的植株高度、增加的根分枝数量、增加的总根长、增加的产量、提高的氮利用效率以及提高的水利用效率。


12.如权利要求10所述的植物，其中所述改变的表型选自由以下组成的组：植株高度、生物量、冠层面积、花青素含量、叶绿素含量、施水量、水含量和水利用效率。


13.一种植物部分或繁殖体，所述植物部分或繁殖体包含如权利要求1所述的重组DNA构建体，其中所述植物部分或繁殖体选自由以下组成的组：细胞、花粉、胚珠、花、胚、叶、根、茎、枝、分生组织、籽粒以及种子。


14.一种用于在植物中改变表型、增强性状、增加产量、提高氮利用效率或提高水利用效率的方法，所述方法包括产生包含如权利要求1所述的重组DNA构建体的转基因植物。


15.如权利要求14所述的方法，其中所述重组DNA构建体还包含在植物细胞中具有功能性并与所述重组DNA构建体的多核苷酸序列可操作地连接的异源启动子。


16.如权利要求14所述的方法，其中所述转基因植物通过以下来产生：用所述重组DNA构建体转化植物细胞或组织，以及从包含所述重组DNA构建体的所述植物细胞或组织再生或发育成所述转基因植物。


17.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
通过将所述转基因植物与以下各项杂交来产生包含所述重组DNA构建体的子代植物：
(a)自身；
(b)来自同一株系的第二植物；
(c)野生型植物；或
(d)来自不同株系的第二植物，
以产生种子，使所述种子生长以产生子代植物；以及
选择与对照植物相比具有增加的产量、提高的氮利用效率或提高的水利用效率的子代植物。


18.如权利要求14所述的方法，其中所述转基因植物通过以下来产生：使用包含所述重组DNA构建体的供体模板将所述重组DNA构建体定点整合到植物细胞或组织的基因组中，以及从包含所述重组DNA构建体的所述植物细胞或组织再生或发育成所述转基因植物。


19.一种植物，所述植物通过如权利要求14所述的方法产生。


20.一种在定点整合中用作供体模板的重组DNA分子，其中所述重组DNA分子包含插入序列，所述插入序列包含：
a)多核苷酸序列，所述多核苷酸序列与选自由SEQIDNO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；
b)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽包含与选自由SEQIDNO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列；
c)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码mRNA分子，所述mRNA分子包含与选自由SEQIDNO:63-69组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的多核苷酸序列；或
d)编码用于抑制内源性基因的表达的RNA分子的多核苷酸序列，其中所述内源性基因编码蛋白质，所述蛋白质包含与选自由SEQIDNO:70-76组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列。


21.如权利要求20所述的重组DNA分子，其中所述插入序列还包含在植物细胞中具有功能性并与所述多核苷酸序列可操作地连接的异源启动子。


22.如权利要求20所述的重组DNA分子，所述重组DNA分子还包含在所述插入序列侧翼的至少一个同源臂。


23.如权利要求20所述的重组DNA分子，其中所述重组DNA分子还包含至少一个编码位点特异性核酸酶的盒，其中所述位点特异性核酸酶选自包括以下的组：锌指核酸酶、工程化或天然的大范围核酸酶、TALE-核酸内切酶或RNA指导的核酸内切酶。


24.如权利要求20所述的重组DNA分子，其中所述重组DNA分子还包含至少一个编码一种或多种指导RNA的盒。


25.一种在定点整合中用作供体模板的重组DNA分子，其中所述重组DNA分子包含用于调节内源性基因的表达的插入序列，其中所述内源性基因包含：
a)编码mRNA分子的多核苷酸序列，所述mRNA分子与选自由SEQIDNO:1-31组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性；或
b)编码多肽的多核苷酸序列，所述多肽具有与选自由SEQIDNO:32-62和104-140组成的组的序列具有至少90％、至少91％、至少92％、至少93％、至少94％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％或100％同一性的氨基酸序列。


26.如权利要求25所述的重组DNA构建体，其中所述插入序列包含启动子、增强子、内含子或终止子区域。


27.如权利要求25所述的重组DNA构建体，其中所述重组DNA分子还包含至少一个编码位点特异性核酸酶的盒，其中所述位点特异性核酸酶选自包括以下的组：锌指核酸酶、工程化或天然的大范围核酸酶、TALE-核酸内切酶或RNA指导的核酸内切酶。


28.如权利要求25所述的重组DNA构建体，其中所述重组DNA分子还包含至少一个编码一种或多种指导RNA的盒。


29.一种用于在植物中改变表型、增强性状、增加产量、提高氮利用效率或提高水利用效率的方法，所述方法包括：
a)通过以下修饰植物细胞的基因组：
i)鉴定所述植物的对应于选自表1和表17中的基因列表的基因的内源性基因及它们的同源物，以及
ii)经由定点整合修饰所述植物细胞中的内源性基因的序列以改变所述内源性基因的表达水平；以及
b)从所述植物细胞再生或发育成植物。


30.一种经修饰的玉米植物或植物部分，所述经修饰的玉米植物或植物部分包含至少一个细胞，所述至少一个细胞在内源性基因中具有通过诱变或基因组编辑技术引入的突变或编辑，相对于不具有所述突变或编辑的所述内源性基因的野生型等位基因，所述突变或编辑降低所述至少一个玉米细胞中的所述内源性基因的表达水平或活性，其中所述内源性基因是钙调磷酸酶B样(CBL)相互作用蛋白激酶8(Zm.CIPK8)基因、山梨醇脱氢酶(Zm.SDH)基因、细胞分裂素脱氢酶/氧化酶4b(CKX4b)基因或细胞分裂素脱氢酶/氧化酶10(CKX10)基因。


31.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述内源性基因是钙调磷酸酶B样(CBL)相互作用蛋白激酶8(Zm.CIPK8)基因。


32.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述内源性基因是山梨醇脱氢酶(Zm.SDH)基因。


33.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述内源性基因是细胞分裂素脱氢酶/氧化酶4b(CKX4b)基因。


34.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述内源性基因是细胞分裂素脱氢酶/氧化酶10(CKX10)基因。


35.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物，其中与对照植物相比，所述经修饰的玉米植物具有改变的表型，其中所述改变的表型选自由以下组成的组：改变的、增加的或降低的植株高度、生物量、冠层面积、花青素含量、叶绿素含量、施水量以及水含量。


36.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物，所述经修饰的玉米植物具有增强的性状，所述增强的性状选自由以下组成的组：与对照植物相比，更早或更晚成熟、增加的茎杆大小、增加的叶片数量、增加的营养阶段的植株高度生长速率、增加的穗大小、增加的每个植株的穗干重、增加的每个穗的籽粒数量、增加的每个籽粒的重量、增加的每个植株的籽粒数量、减少的穗空粒、延长的籽粒灌浆期、降低的植株高度、增加的根分枝数量、增加的总根长、增加的产量、提高的氮利用效率以及提高的水利用效率。


37.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述至少一个细胞在所述内源性基因中具有通过诱变技术引入的突变。


38.如权利要求30所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述至少一个细胞在所述内源性基因中具有通过基因组编辑技术引入的编辑。


39.如权利要求38所述的经修饰的玉米植物或植物部分，其中所述编辑使用大范围核酸酶、锌指核酸酶(ZFN)、RNA指导的核酸内切酶、TALE核酸内切酶(TALEN)、重组酶或转座酶引入。


40.一种经修饰的大豆植物或植物部分，所述经修饰的大豆植物或植物部分包含至少一个细胞，所述至少一个细胞在内源性基因中具有通过诱变或基因组编辑技术引入的突变或编辑，相对于不具有所述突变或编辑的所述内源性基因的野生型等位基因，所述突变或编辑降低所述至少一个大豆细胞中的所述内源性基因的表达水平或活性，其中所述内源性基因是同源盒转录因子1(Gm.HB1)基因、分枝1(Gm.BRC1)基因或多产c(Gm.FULc)基因。


41.如权利要求40所述的经修饰的大豆植物或植物部分，其中所述内源性基因是同源盒转录因子1(Gm.HB1)基因。


42.如权利要求40所述的经修饰的大豆植物或植物部分，其中所述内源性基因是分枝1(Gm.BRC1)基因。


43.如权利要求40所述的经修饰的大豆植物或植物部分，其中所述内源性基因是多产c(Gm.FULc)基因。


44.如权利要求40所述的经修饰的大豆植物，其中与对照植物相比，所述经修饰的大豆植物具有改变的表型，其中所述改变的表型选自由以下组成的组：改变的、增加的或降低的植株高度、生物量、冠层面积、花青素含量、叶绿素含量、施水量以及水含量。


45.如权利要求40所述的经修饰的大豆植物，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·阿尔巴，E·M·艾伦，B·布罗沃托兰德，M·邓，T·德兹瓦安，C·迪特里希，A·戈德施密茨，C·L·格里菲斯，M·D·霍威尔，N·J·伊耶，贾红武，S·V·库利亚克斯，李宏，L·L·路非亚，A·乃拉姆，庞胜志，彭明生，M·S·拉贾尼，D·鲁齐卡，D·P·沙赫特曼，V·K·沙玛，T·V·文卡特希，王槐，吴小云，胥南飞，
申请(专利权)人：孟山都技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US