【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于修饰植物中根结构的方法和组合物
[0001]关于序列表的电子提交的声明
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文本格式的序列表,根据
37C.F.R.
§
1.821
提交,标题为
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,大小为
427656
字节,于
2022
年2月
24
日生成,并通过
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。
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[0003]优先权声明
[0004]本申请根据
35U.S.C.
§
119(e)
要求于
2021
年2月
25
日提交的美国临时申请第
63/153473
号的权益,该申请的全部内容通过引用并入本文
。
[0005]本专利技术涉及通过内源性
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
核酸的修饰来修饰植物的根结构的组合物和方法
。
本专利技术进一步涉及使用本专利技术的方法和组合物产生的植物
。
技术介绍
[0006]根及其维管系统的发育在泥盆纪早期植物的进化中起着重要作用
(Boyce,C.K.The evolutionary history of roots and leaves.In:Holbrook NM,Zw ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种植物或其植物部分,其在编码
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
多肽的内源性基因中包含至少一个非天然突变,其中突变在内源性基因的顺式调控元件中
。2.
权利要求1所述的植物或其植物部分,其中顺式调控元件是启动子
、
增强子
、
沉默子或隔离子
。3.
权利要求1或权利要求2所述的植物或其植物部分,其中顺式调控元件是生长素应答元件
(ARE)
并且突变是在
ARE
中,任选地其中突变破坏生长素应答因子
(ARF)
与植物或其部分中的内源性基因的结合
。4.
权利要求1‑3中任一项所述的植物或其植物部分,其中突变导致具有增强的根结构的植物,其中与不包含相同突变的植物或植物部分相比是增强
/
改进的根结构
。5.
权利要求1‑4中任一项所述的植物或植物部分,其中增强的根结构的特征在于以下表型中的一种或多种:增加的根生物量
、
更陡的根角和
/
或更长的根
。6.
权利要求5所述的植物或其植物部分,其中具有增强的根结构的植物进一步表现出改善的产量性状
。7.
权利要求1‑6中任一项所述的植物或其部分,其中植物是单子叶植物
。8.
权利要求1‑6中任一项所述的植物或其部分,其中植物是双子叶植物
。9.
前述权利要求中任一项所述的植物或其部分,其中植物是玉米
、
大豆
、
油菜
、
小麦
、
水稻
、
棉花
、
甘蔗
、
甜菜
、
大麦
、
燕麦
、
苜蓿
、
向日葵
、
红花
、
油棕
、
芝麻
、
椰子
、
烟草
、
马铃薯
、
红薯
、
木薯
、
咖啡
、
苹果
、
李子
、
杏
、
桃
、
樱桃
、
梨
、
无花果
、
香蕉
、
柑橘
、
可可
、
鳄梨
、
橄榄
、
杏仁
、
胡桃
、
草莓
、
西瓜
、
胡椒
、
葡萄
、
番茄
、
黄瓜或芸苔属物种
。10.
权利要求1‑7中任一项所述的植物或其部分,其中植物是玉米
。11.
权利要求1‑7中任一项所述的植物,其中植物是小麦,任选地其中编码
DRO1
的内源性基因中的至少一个非天然突变在
A
基因组
、B
基因组
、D
基因组或其任何组合中
。12.
前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分,其中至少一个非天然突变是碱基取代
、
碱基缺失和
/
或碱基插入
。13.
前述权利要求中任一项所述的植物或其部分,其中至少一个非天然突变包括至
A、T、G
或
C
的碱基取代
。14.
前述权利要求中任一项所述的植物或其部分,其中至少一个非天然突变是至少一个碱基对的碱基缺失,任选地是约1个碱基对至约
100
个连续碱基对的缺失,任选地约2个连续碱基配对至约
30
个连续碱基对数的缺失
。15.
权利要求1‑
14
中任一项所述的植物或其部分,其中至少一个非天然突变是至少一个碱基对的碱基插入
。16.
权利要求
12
或权利要求
14
所述的植物或其部分,其中碱基缺失是框外或框内缺失和
/
或碱基插入是框外或框内插入
。17.
前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分,其中编码
DRO1
的内源性基因:
(a)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(b)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412(SEQ ID NO:79)
的区域具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(c)
包含与
SEQ ID NO:73
或
SEQ ID NO:76
的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的编码序列;和
/
或
(d)
编码与
SEQ ID NO:74
或
SEQ ID NO:77
中任一个的氨基酸序列具有至少
80
%同一性的多肽序列
。18.
权利要求
17
所述的植物或其植物部分,其中编码
DRO1
的内源性基因中的至少一个非天然突变位于内源性基因的顺式调控元件中,任选地位于生长素应答元件
(ARE)
中,任选地其中
ARE
是生长素应答因子
(ARF)
结合位点
。19.
权利要求
18
所述的植物或其植物部分,其中顺式调控元件在内源性基因的下述区域中:位于参考
SEQ ID NO:72
的核苷酸编号从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835
,或者参考
SEQ ID NO:75
的核苷酸编号从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412。20.
前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分,其中至少一个非天然突变是显性负突变
、
半显性突变
、
弱功能丧失突变或亚效等位基因突变
。21.
前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分,其中至少一个非天然突变产生与
SEQ ID NO:84、85、88
或
89
的核苷酸序列中任一个具有至少
90
%同一性的突变
DRO1
基因
。22.
一种植物细胞,其包含碱基编辑系统,所述碱基编辑系统包含:
(a)CRISPR
‑
Cas
相关效应蛋白;和
(b)
引导核酸
(gRNA)
,所述引导核酸具有与编码
DRO1
的内源性靶基因的区域互补的间隔子序列,任选地其中编辑系统进一步包含胞苷脱氨酶或腺苷脱氨酶
。23.
权利要求
22
所述的植物细胞,其中编码
DRO1
的内源性靶基因:
(a)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(b)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从核苷酸
2095
至约核苷酸
2412(SEQ ID NO:79)
的区域具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(c)
包含与
SEQ ID NO:73
或
SEQ ID NO:76
的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的编码序列;和
/
或
(d)
编码与
SEQ ID NO:74
或
SEQ ID NO:77
中任一个的氨基酸序列具有至少
80
%同一性的多肽序列
。24.
权利要求
22
或权利要求
23
所述的植物细胞,其中间隔子序列包含
SEQ ID NO:80
‑
83
中任一个的核苷酸序列
。25.
一种植物细胞,所述植物细胞在
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
基因的顺式调控元件中包含至少一个非天然突变,其中至少一个非天然突变是使用编辑系统引入的碱基取代
、
碱基插入或碱基缺失,所述编辑系统包含结合
DRO1
基因中的靶位点的核酸结合结构域,所述
DRO1
基因:
(a)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(b)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约寡核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412(SEQ ID NO:79)
的区域具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(c)
包含与
SEQ ID NO:73
或
SEQ ID NO:76
的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的编码序列;和
/
或
(d)
编码与
SEQ ID NO:74
或
SEQ ID NO:77
中任一个的氨基酸序列具有至少
80
%同一性的多肽序列
。26.
权利要求
25
所述的植物细胞,其中顺式调控元件是
DEPER ROOTING 1(DRO1)
基因的生长素应答因子
(ARF)
结合位点,任选地其中突变阻止或减少
ARF
多肽与
DRO1
基因的结合
。27.
权利要求
20
或权利要求
21
所述的植物细胞,其中编辑系统包含与
DRO1
基因中的靶位点结合的核酸结合结构域,靶位点与核酸的至少
20
个连续核苷酸
(
例如,
20、21、22、23、24、25
或更多个连续核苷酸
)
具有至少
80
%序列同一性,所述核酸与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约寡核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412
的区域具有至少
80
%序列同一性
。28.
权利要求
25
‑
27
中任一项所述的植物细胞,其中靶位点在
DRO1
基因的位于下述的区域中:参考
SEQ ID NO:72
的核苷酸编号从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835
,或者参考
SEQ ID NO:75
的核苷酸编号从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412。29.
权利要求
25
‑
28
中任一项所述的植物细胞,其中编辑系统的核酸结合结构域来自多核苷酸引导的核酸内切酶
、CRISPR
‑
Cas
核酸内切酶
(
例如,
CRISPR
‑
Cas
效应蛋白
)、
锌指核酸酶
、
转录激活子样效应核酸酶
(TALEN)
和
/
或
Argonaute
蛋白
。30.
权利要求
25
‑
29
中任一项所述的植物细胞,其中至少一个非天然突变导致
DOR1
基因的包含生长素应答元件
(ARE)
的区域的全部或一部分缺失
。31.
权利要求
25
‑
30
中任一项所述的植物细胞,其中
DOR1
基因的包含生长素应答元件
(ARE)
的区域的全部或一部分缺失减少生长素应答因子
(ARF)
与
ARE
的结合
。32.
权利要求
30
或权利要求
31
所述的植物细胞,其中缺失是框内或框外缺失或者框内或框外插入
。33.
权利要求
25
‑
32
中任一项所述的植物细胞,其中至少一个非天然突变包括至
A、T、G
或
C
的碱基取代,任选地其中碱基取代导致氨基酸取代
。34.
权利要求
25
‑
33
中任一项所述的植物细胞,其中植物细胞是来自玉米
、
大豆
、
油菜
、
小麦
、
水稻
、
棉花
、
甘蔗
、
甜菜
、
大麦
、
燕麦
、
苜蓿
、
向日葵
、
红花
、
油棕
、
芝麻
、
椰子
、
烟草
、
马铃薯
、
红薯
、
木薯
、
咖啡
、
苹果
、
李子
、
杏
、
桃
、
樱桃
、
梨
、
无花果
、
香蕉
、
柑橘
、
可可
、
鳄梨
、
橄榄
、
杏
仁
、
核桃
、
草莓
、
西瓜
、
胡椒
、
葡萄
、
番茄
、
黄瓜
、
黑莓
、
树莓
、
黑树莓或芸苔属物种的细胞
。35.
权利要求
25
‑
33
中任一项所述的植物细胞,其中植物细胞是来自玉米的细胞,任选地其中
DRO1
基因的基因识别号
(
基因
ID)
为
Zm00001d022133、Zm00001d047263
或
Zm00001d020620。36.
权利要求
25
‑
35
中任一项所述的植物细胞,其中
DRO1
基因的顺式调控元件中的至少一个非天然突变是导致核酸序列与
SEQ ID NO:84、85、88
或
89
的核苷酸序列中的任一个具有至少
90
%同一性的碱基缺失
。37.
权利要求
25
‑
36
中任一项所述的植物细胞,其中至少一个非天然突变是显性负突变
、
隐性突变或半显性突变
。38.
从权利要求1‑
21
中任一项所述的植物部分或从权利要求
22
‑
37
中任一项所述的植物细胞再生的植物
。39.
权利要求1‑
21
或
38
中任一项所述的植物,其中植物包括增强的根结构
。40.
权利要求
38
或
39
所述的植物,其中植物是玉米
。41.
一种提供具有增强的根结构的多个植物的方法,所述方法包括在生长区域中种植两个或更多个权利要求1‑
21
或
38
‑
40
中任一项所述的植物,从而提供与不包含至少一个非天然突变的多个对照植物相比具有增强的根结构的多个植物,任选地其中具有增强的根结构的多个植物表现出增加的根生物量
、
更陡的根角和
/
或更长的根和
/
或改善的产量性状
。42.
一种产生
/
育种无转基因的基因组编辑的
(
例如,碱基编辑的
)
植物的方法,包括:
(a)
使权利要求1‑
21
或
38
‑
40
中任一项所述的植物与无转基因的植物杂交,从而将突变或修饰引入无转基因的植物中;和
(b)
选择包含突变或修饰但是无转基因的子代植物,从而产生无转基因的基因组编辑的
(
例如,碱基编辑的
)
植物
。43.
一种编辑植物细胞基因组中特定位点的方法,所述方法包括:以位点特异性方式,切割植物细胞中内源性
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
基因内的靶位点,所述内源性
DRO1
基因:
(a)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(b)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约寡核苷酸
1200
至约寡核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412(SEQ ID NO:79)
的区域具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(c)
包含与
SEQ ID NO:73
或
SEQ ID NO:76
的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的编码序列;和
/
或
(d)
编码与
SEQ ID NO:74
或
SEQ ID NO:77
中任一个的氨基酸序列具有至少
80
%同一性的多肽序列,从而在植物细胞的内源性
DRO1
基因中产生编辑
。44.
权利要求
43
所述的方法,其中内源性
DRO1
基因中的编辑在内源性
DRO1
基因的顺式调控元件中
。45.
权利要求
44
所述的方法,其中内源性
DRO1
基因的顺式调控元件是启动子
、
增强子
、
沉默子或隔离子
。
46.
权利要求
44
或权利要求
45
所述的方法,其中内源性
DRO1
基因的顺式调控元件是生长素应答元件
(ARE)
,任选地其中在内源性
DRO1
基因中的编辑导致
ARE
中的非天然突变,所述非天然突变破坏生长素应答因子
(ARF)
与
ARE
的结合
。47.
权利要求
43
‑
46
中任一项所述的方法,其中内源性
DRO1
基因中的编辑导致非天然突变,所述非天然突变是显性负突变
。48.
权利要求
43
‑
47
中任一项所述的方法,其进一步包括从包含内源性
DRO1
基因中的编辑的植物细胞再生植物以产生包含在其内源性
DRO1
基因中的编辑的植物
。49.
权利要求
48
所述的方法,其中与不包含编辑的对照植物相比,包含在其内源性
DRO1
基因中的编辑的植物表现出增强的根结构
。50.
权利要求
43
‑
49
中任一项所述的方法,其中植物细胞的内源性
DRO1
基因中的编辑导致突变的
DRO1
基因,其与
SEQ ID NO:84、85、88
或
89
的核苷酸序列中的任一个具有至少
90
%的同一性
。51.
一种用于制造植物的方法,包括:
(a)
使包含编码
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
多肽的内源性基因的植物细胞群体与靶向所述内源性基因的核酸酶接触,其中核酸酶连接至结合内源性基因中的靶位点的核酸结合结构域,所述内源性基因:
(i)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(ii)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2412
或从约核苷酸
2095
至约核苷酸
2412(SEQID NO:79)
的区域具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(iii)
包含与
SEQ ID NO:73
或
SEQ ID NO:76
的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的编码序列;和
/
或
(iv)
编码与
SEQ ID NO:74
或
SEQ ID NO:77
中任一个的氨基酸序列具有至少
80
%同一性的多肽序列;
(b)
从所述群体中选择包含编码
DRO1
多肽的内源性基因中的突变的植物细胞,其中突变是取代和
/
或缺失;和
(c)
将选择的植物细胞生长成包含编码
DRO1
多肽的内源性基因中的突变的植物
。52.
权利要求
51
所述的方法,其中突变降低或消除
DRO1
基因结合生长素应答因子
(ARF)
的能力
。53.
一种用于增强植物的根结构的方法,包括
(a)
使包含编码
DEEPER ROOTING 1(DRO1)
多肽的内源性基因的植物细胞与靶向所述内源性基因的核酸酶接触,其中核酸酶连接至结合内源性基因中的靶位点的核酸结合结构域,所述内源性基因:
(i)
包含与
SEQ ID NO:72
或
75
中任一个的核苷酸序列具有至少
80
%序列同一性的核苷酸序列;
(ii)
包含与
SEQ ID NO:72
的从约核苷酸1至约核苷酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷
酸
2235、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
1850
或从约核苷酸
1474
至约核苷酸
1835(SEQ ID NO:78)
的区域或者
SEQ ID NO:75
的从约核苷酸1至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
至约核苷酸
2478、
从约核苷酸
1200
...
【专利技术属性】
技术研发人员:M,
申请(专利权)人:成对植物服务股份有限公司,
类型:发明
国别省市:
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