植物中可转化性和单倍体诱导的提高制造技术

本文提供了高度可转化的玉米植物，称为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】植物中可转化性和单倍体诱导的提高


[0001]本披露涉及植物生物

。
特别地，本披露涉及植物转化和植物育种以及基因编辑，包括在难以接受外源转基因的植物中
。
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WEB
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。
包含在该
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。

技术介绍

[0003]数十年来，植物转化
(
即，将外源
DNA(“转基因”)
稳定整合到植物基因组中
)
已经用于为农作物添加新的且有用的性状
。
虽然一些玉米系相对容易转化
(
即，接受转基因
DNA)
，但是大多数品系不容易转化
。
例如，大多数优良近交系
(
其是通过几代自花授粉产生的，以获得纯的或接近纯的纯合基因组，并用作亲本系以产生商业上有价值的杂交体
)
通常不能用外源
DNA
转化
。
因此，为了将转基因性状“移动”到近交系中，必须首先将转基因性状转化到可转化的玉米系中
。
该转化的玉米系很少适用于用作育种平台中的亲本系
。
因此，将转化的玉米系杂交到近交系中以产生子代植物，子代植物将以杂合方式包含近交亲本和转化亲本两者的基因组
。
然后，包含转基因的子代植物必须回交到近交系中大约6代或7代，以便尽可能地消除由转化亲本贡献的基因组
、
同时保留转基因性状
。
这种性状渐渗过程通常需要三至七年
。
[0004]已知玉米具有至少五种不同的细胞型
(
基于线粒体基因组进行分类
)
：正常
A(“NA”)、
正常
B(“NB”)、
细胞质雄性不育
C(“CMS
‑
C”或“C”)、
细胞质雄性不育
S(“CMS
‑
S”或“S”)
和细胞质雄性不育
T(“CMS
‑
T”或“T”)。
仍然可以发现其他细胞型
。
因此，相对而言，存在于这些不同细胞型中的线粒体和叶绿体通过其基因组可能对植物细胞的表型具有巨大的影响
。
这些影响现在才被确定
。
例如，最近发现在可转化性和细胞型之间存在关系
。
已知可转化的玉米系具有
NA
细胞型，而已知不可转化的
(
顽固
)
玉米系具有
NB
细胞型
。
[0005]植物育种中的另一重要工具是单倍体诱导
(“HI”)
，这类植物现象的特征在于在受精期间或之后的某一时间
(
常常在早期胚发育期间
)
从胚中缺失了一个亲本的染色体组
(
单倍体诱导系亲本的染色体
)。
已经在多个植物物种中研究了单倍体诱导，例如高梁
、
大麦
、
小麦
、
玉米
、
拟南芥
、
和许多其他物种
。
在玉米中，单倍体种子或胚可以通过在单倍体诱导系雄性
(
即“单倍体诱导系花粉”)
与人们选择的几乎任何穗之间进行杂交而产生
。
在母本
HI
系统
(
例如，基于母系的系统
)
的情况下，当单倍体诱导系花粉
DNA
未通过胚的第一次细胞分裂完全传递和
/
或维持时产生单倍体
。
所产生的籽粒具有仅含有母本
DNA
的单倍体胚加正常
(
受精
)
三倍体胚乳
。
在父本
HI
系统
(
例如，基于
CENH3
或基于
ig1
的系统
)
的情况下，单倍体在卵子被精细胞受精之后产生，并且母本染色体在细胞分裂时丢失
。
所产生的籽粒具有仅含有父本
DNA
的单倍体胚加正常
(
受精
)
三倍体胚乳
。
无论使用何种
HI
系统，所产生的表型均不完
全外显，其中一些胚珠含有单倍体胚，并且其他含有二倍体胚
、
非整倍体胚
、
嵌合胚或败育胚
。
在单倍体诱导后，使用表型或遗传标记筛选典型地将单倍体胚或种子从二倍体和非整倍体同胞中分离出来，并使其生长或培养成单倍体植物
。
然后将这些植物自然地或经由化学操作
(
例如，使用抗微管剂例如秋水仙碱
)
转化成双单倍体
(DH)
植物，所述植物然后产生近交种子
。
[0006]DH
植物的产生使得植物育种者能够获得近交品系而无需多代近交，从而减少了产生纯合植物所需的时间
。DH
植物为植物育种者提供了宝贵的工具，特别是用于产生近交品系
、
数量性状基因座
(QTL)
定位
、
细胞质转换
、
性状基因渗入以及用于高通量性状改良的
F2
筛选
。
由于一代基本上产生了纯合品系，因此节约了大量的时间，否定了对多代单一种子血统
(
传统近交
)
的需要
。
特别地，因为
DH
植物是完全纯合的，它们非常适合于数量遗传学研究
。
单倍体种子的产生对于双单倍体育种过程至关重要
。

技术实现思路

[0007]植物转化是具有挑战性的，特别是在玉米中
。
很少有植物品系是天然可转化的；绝大多数都不是
。
此外，单倍体诱导系品系很难育种，因为它们具有奇异的繁殖特征
(
例如，在繁殖期间
DNA
的自缺失
)。
本文提供了高度可转化的玉米植物
(
称为“HI
‑
NA
植物”)
及其产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种玉米植物，所述玉米植物对于马铃薯糖蛋白样磷脂酶
A2
α
基因
(MATL)
中的功能失去突变是纯合的，并且对于在至少一个与提高的单倍体诱导相关的数量性状基因座
(QTL)(HI
‑
QTL)
处的
HI
等位基因至少是杂合的，其中所述玉米植物具有正常
A(“NA”)
细胞型
。2.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于所述在至少一个
HI
‑
QTL
处的
HI
等位基因是纯合的
。3.
如权利要求1或2所述的玉米植物，其中所述至少一个
HI
‑
QTL
是第9号染色体上的
qhir8(HI
‑
QTL qhir8)。4.
如权利要求3所述的玉米植物，其中在所述
HI
‑
QTL qhir8
处的所述
HI
等位基因包含在
DUF679
结构域膜蛋白
7(DMP)
基因中的功能失去突变
。5.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于在至少一个与提高的转化频率相关的
QTL(TF
‑
QTL)
处的
TF
等位基因至少是杂合的
。6.
如权利要求5所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于所述在至少一个
TF
‑
QTL
处的
TF
等位基因是纯合的
。7.
如权利要求5或6所述的玉米植物，其中所述至少一个
TF
‑
QTL
是第3号染色体上的
qCYTO
‑
A_TF3.1(TF
‑
QTL qCYTO
‑
A_TF3.1)。8.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物包含选择性标记
。9.
如权利要求8所述玉米植物，其中所述玉米植物对于选择性标记是纯合的
。10.
如权利要求9所述的玉米植物，其中所述选择性标记是
GUS、PMI、PAT、GFP、RFP、CFP、B1、CI、NPTII、HPT、ACC3、AADA、
高油含量
、R
‑
navajo(R
‑
nj)、R1
盾片
(R1
‑
SCM2)
和
/
或花色素苷色素中的任一种
。11.
如权利要求
10
所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于在第
10
号染色体上的
R1
基因座处的所述
R1
‑
盾片
(R1
‑
SCM2)
等位基因是纯合的
。12.
如权利要求
11
所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于在所述玉米植物中的颜色抑制基因座处的野生型等位基因至少是杂合的，所述颜色抑制基因座对应于位于
B73v5
参考基因组中第
8Mb
位与第
10Mb
位之间的第9号染色上的颜色抑制基因座
。13.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物能够表达
DNA
修饰酶和任选地至少一种指导核酸
。14.
如权利要求
13
所述的玉米植物，其中所述
DNA
修饰酶是定点核酸酶，所述定点核酸酶选自由以下组成的组：
Cas9
核酸酶
、Cas12a
核酸酶
、
兆核酸酶
(MN)、
锌指核酸酶
(ZFN)、
转录激活子样效应子核酸酶
(TALEN)、dCas9
‑
Fokl、dCas12a
‑
FokI、
嵌合
Cas9
‑
胞苷脱氨酶
、
嵌合
Cas9
‑
腺嘌呤脱氨酶
、
嵌合
FENl
‑
FokI、MegaTAL、
切口酶
Cas9(nCas9)、
嵌合
dCas9
非
Fokl
核酸酶
、dCas12a
非
Fokl
核酸酶
、
嵌合
Cas12a
‑
胞苷脱氨酶和
Cas12a
‑
腺嘌呤脱氨酶
。15.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物包含非坚秆种质
、
坚秆种质
、
非坚秆
Iodent
种质
、
非坚秆
Mo17
样种质
、
热带种质或亚热带种质中的一种或多种
。16.
如权利要求1所述的玉米植物，其中所述玉米植物来源于品系
Stock 6、RWK、RWS、UH400、AX5707RS、NP2222、SYN
‑
INBE56、SYN
‑
INBB23、SYN
‑
INBF67、SYN
‑
INBC34、SYN
‑
INBD45、SYN
‑
INBG78、SYN
‑
INBH89、SYN
‑
INBI90、SYN
‑
INBJ13
和
/
或
SYN
‑
INBK14
中的任一种
。17.
一种玉米植物，所述玉米植物对于在至少一个与提高的转化频率相关的数量性状
基因座
(QTL)(TF
‑
QTL)
处的
TF
等位基因至少是杂合的
。18.
如权利要求
17
所述的玉米植物，其中所述玉米植物对于所述在至少一个
TF
‑
QTL
处的
TF
等位基因是纯合的
。19.
如权利要求
17
或
18
所述的玉米植物，其中所述至少一个
TF
‑
QTL
是第3号染色体上的
qCYTO
‑
A_TF3.1(TF
‑
QTL qCYTO
‑
A_TF3.1)。20.
如权利要求
17
至
19
中任一项所述的玉米植物，其中所述玉米植物具有正常
A(“NA”)
细胞型
。21.
一种产生可转化单倍体诱导系玉米植物的方法，该方法包括：
a.
提供来自第一玉米植物的花粉，其中所述第一玉米植物是单倍体诱导系植物品系，其对于在马铃薯糖蛋白样磷脂酶
A2
α
基因
(MATL)
中的功能失去突变是纯合的，对于在第二基因座处的
HI
等位基因至少是杂合的，并且是转化顽固性的；
b.
提供第二玉米植物，其中所述第二玉米植物包含正常
A(“NA”)
细胞质，并且任选地，其中所述第二玉米植物对于在与提高的转化频率相关的数量性状基因座
(QTL)(TF
‑
QTL)
处的
TF
等位基因至少是杂合的；
c.
用来自所述第一玉米植物的花粉为所述第二玉米植物授粉，并从中获得至少一种二倍体子代植物；
d.
使所述至少一种二倍体子代植物自交和
/
或使所述至少一种二倍体子代植物与所述第一玉米植物或所述第二玉米植物回交至少一代；以及
e.
从步骤
d
的杂交中选择子代，其中所述选择的子代包含
NA
细胞型，对于所述
MATL
基因中的功能失去突变是纯合的，对于所述在第二基因座处的
HI
等位基因至少是杂合的，并且任选地，对于所述在
TF
‑
QTL
处的
TF
等位基因至少是杂合的
。22.
一种产生可转化单倍体诱导系玉米植物的方法，该方法包括：
a.
提供来自第一玉米植物的花粉，其中所述第一玉米植物是单倍体诱导系植物品系，其对于在马铃薯糖蛋白样磷脂酶
A2
α
基因
(MATL)
中的功能失去突变是纯合的，对于在第二基因座处的
HI
等位基因至少是杂合的，并且是转化顽固性的；
b.
提供第二玉米植物，其中所述第二玉米植物对于在与提高的转化频率相关的数量性状基因座
(QTL)(TF
‑
QTL)
处的
TF
等位基因至少是杂合的；
c.
用来自所述第一玉米植物的花粉为所述第二玉米植物授粉，并从中获得至少一种二倍体子代植物；
d.
使所述至少一种二倍体子代植物自交和
/
或使所述至少一种二倍体子代植物与所述第一玉米植物或所述第二玉米植物回交至少一代；以及
e.
从步骤
d
的杂交中选择子代，其中所述选择的子代对于所述
MATL
基因中的功能失去突变是纯合的，对于所述在第二基因座处的
HI
等位基因至少是杂合的，并且对于所述在
TF
‑
QTL
处的
TF
等位基因至少是杂合的
。23.
如权利要求
21
或
22
所述的方法，其中所述第一玉米植物对于所述在第二基因座处的
HI
等位基因是纯合的
。24.
如权利要求
21
至
23
中任一项所述的方法，其中所述选择的子代对于所述在第二基因座处的
HI
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：先正达农作物保护股份公司，
类型：发明
国别省市：