【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于修饰植物中的fasciated ear2 (fea2)基因(任选地以改变分生组织大小)的组合物和方法。 本专利技术还涉及使用本专利技术的方法和组合物产生的具有增加的籽粒行数的植物。
技术介绍
1、新的植物器官在称为分生组织的植物生长顶端开始。 在分生组织中，维持着未分化的干细胞群体。在生长期间，分生组织将干细胞分配给新形成的器官，包括种子，同时保留一些干细胞以继续维持分生组织。已经描述了几种保守的分子机制，其控制干细胞群体的大小以确保有组织的生长和适当的分生组织大小。
2、由于玉米穗发育的模块化性质，较大的分生组织往往引发更多的花，因此，分生组织大小对籽粒行数和产量具有直接影响。在玉米穗发育期间引发的花的数量直接限制谷物产量。在玉米驯化期间选择的一个主要性状是围绕穗周开始的花的数量增加(籽粒行数或krn)。 通过育种取得的显著进步已经导致籽粒行数的急剧增加，从玉米祖先大刍草的2行增加到现代良种玉米品种的约8至20行。在不同的玉米品系中，籽粒行数可达到高达36。
3、在模式植物拟南芥(arabidopsis)中描述的典型调节途径中，clavata3 (clv3)肽从分生组织顶端的细胞中分泌并且通过质外体移动到中央干细胞结构域中，在该中央干细胞结构域其与几种富含亮氨酸的受体(lrr)(包括clavata1 (clv1)和clavata2 (clv2))相互作用。 这种受体-配体相互作用刺激信号传导，这最终用于降低wus表达并限制干细胞群体的扩增。 wus的靶标之一是clv3基因本身，并且wu
4、clv1、clv2或clv3的功能丧失突变导致wus结构域的扩增和增加的分生组织大小(schoof等人, cell 100: 635–644 (2000))。 通常，分生组织大小的这种增加会导致异常的植物生长，因为分生组织不受控制地扩大并变得无组织，这种现象被称为束化(fasciation)(je等人, nat genet 48: ng.3567 (2016a))。 重要的是，更大的分生组织不仅仅制造更大的器官，而是在更大的区域周围增加器官的数量。 由于分生组织大小和器官数量之间的这种关系，玉米clv-wus信号传导基因的突变可导致花数量和产量增加。然而，虽然玉米clv2直向同源fasciated ear2 (fea2) 中的强的功能丧失突变导致分生组织扩大和krn增加，但穗是无序的，因此产量没有增加(taguchi-shiobara等人, gene dev15:2755–2766 (2001))。
5、需要用于调节分生组织大小的新策略来改良作物性能。
技术实现思路
1、本专利技术的一方面提供了一种在编码fea2蛋白质的内源fasciated ear2 (fea2)基因中包含至少一个突变的玉米植物或其植物部分，任选地其中该至少一个突变可以是非天然突变。
2、本专利技术的第二方面提供了一种玉米植物细胞，其包含编辑系统，该编辑系统包含：(a) crispr-cas效应蛋白；和(b)包含与编码fea2蛋白的内源靶基因互补的间隔区序列的引导核酸(grna、gdna、crrna、crdna、sgrna、sgdna)。
3、本专利技术的第三方面提供了一种在fea2基因内包含至少一个突变的玉米植物细胞，其中该突变是使用编辑系统引入的置换、插入或缺失，该编辑系统包含与fea2基因中的靶位点结合的核酸结合结构域，任选地其中该至少一个突变可以是非天然突变。
4、本专利技术的第四方面提供了一种产生/培育不含转基因的编辑的玉米植物的方法，该方法包括：将本专利技术的玉米植物与不含转基因的玉米植物杂交，从而将该至少一个突变引入不含转基因的玉米植物中；以及选择包含该至少一个突变且不含转基因的后代玉米植物，从而产生不含转基因的编辑的玉米植物，任选地其中该至少一个突变可以是非天然突变。
5、本专利技术的第五方面提供了一种提供具有增加的籽粒行数的多种玉米植物的方法，该方法包括在生长区域中种植两种或更多种本专利技术的植物，从而提供与不包含该突变的多种对照玉米植物相比具有增加的籽粒行数的多种玉米植物。
6、本专利技术的第六方面提供了一种在玉米fea2蛋白质的区域中产生变异的方法，该方法包括：将编辑系统引入玉米植物细胞中，其中该编辑系统靶向编码fea2多肽的fea2基因的区域，以及将该fea2基因的该区域与该编辑系统接触，从而将突变引入该fea2基因中并在该玉米植物细胞的fea2蛋白的区域中产生变异。
7、本专利技术的第七方面提供了一种检测玉米植物中的突变的fea2基因(在内源fea2基因中的突变)的方法，该方法包括在该玉米植物的基因组中检测在与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域中具有至少一个突变的fea2基因。
8、在第八方面，提供了一种在玉米植物的内源fea2基因中产生突变的方法，该方法包括：(a)将基因编辑系统靶向fea2基因的一部分，该部分包含与seq id no:75-77中的任一者具有至少80%序列同一性的序列；以及(b)选择包含位于与seq id no:75-77中的任一者具有至少80%序列同一性的fea2基因区域中的修饰的玉米植物。
9、第九方面提供了一种编辑玉米植物细胞基因组中的特定位点的方法，该方法包括：以位点特异性方式切割玉米植物细胞中的内源fea2基因内的靶位点，该内源fea2基因：(a)包含与seq id no:72或seq id no:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列；(b)包含与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域；(c)编码与seq idno:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列；和/或(d)编码包含与seq id no:78-80具有至少90%序列同一性的区域的多肽，从而在玉米植物细胞的内源fea2基因中产生编辑，并产生包含内源fea2基因中的编辑的玉米植物细胞。
10、第十方面提供了一种制备玉米植物的方法，该方法包括：(a)将包含野生型内源fea2基因的玉米植物细胞群体与连接至核酸结合结构域(例如，编辑系统)的核酸酶接触，该核酸结合结构域结合至与seq id no:75-77中任一者的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的序列或结合至编码与seq id no:78-80中的任一者具有至少90%序列同一性的氨基酸序列的序列；(b)从其中内源fea2基因已经突变的群体中选择玉米植物细胞，从而产生在内源fea2基因中包含至少一个突变的玉米植物细胞；以及(c)使所选择的玉米植物细胞生长成玉米植物。
11、第十一方面提供了一种用于增加玉米植物中的籽粒行数的方法，该方法包括(a)将包含内源fea2基因的玉米植物细胞与靶向内源fea2基因的核酸酶接触，其中该核酸酶连接至与内源fea2基因本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种玉米植物或其植物部分，所述玉米植物或其植物部分包含在编码FEA2多肽的内源FASCIATED EAR2 (FEA2)基因中的至少一个突变。
2.如权利要求1所述的玉米植物或其部分，其中所述内源 FASCIATED EAR2 (FEA2)基因具有Zm00001d051012的基因标识号(基因ID)。
3.如权利要求1或权利要求2所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是显性负突变或弱功能丧失突变。
4.如权利要求1至3中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是碱基置换、缺失和/或插入。
5.如权利要求4所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是缺失，任选地框内缺失或框外缺失。
6.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变包含对A、T、G或C的碱基置换。
7.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变位于参考所编码的FEA2多肽SEQ ID NO:74的第10个LRR重复序列中。
8.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其
9.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致位于参考SEQ ID NO:74的氨基酸位置编号的第332位处的置换的氨基酸残基。
10.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致G332的置换。
11.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述内源FASCIATEDEAR2 (FEA2)基因(a)包含与SEQ ID NO:72或SEQ ID NO:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列；(b)包含与SEQ ID NO:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域；(c)编码与SEQ ID NO:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列；和/或(d)编码与SEQ IDNO:78-80的任一氨基酸序列具有至少90%序列同一性的区域。
12.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致突变的FEA2多肽具有改变的与其他多肽复合的能力，和/或改变的穿过质膜和/或从内质网定位到质膜的能力。
13.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中与缺乏所述至少一个突变的对照植物相比，包含所述至少一个突变的所述玉米植物表现出增加的产量，任选地其中所述玉米植物表现出增加的籽粒行数(KRN)的表型，任选地其中穗长度基本上不减少。
14.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是非天然突变。
15.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致突变的FEA2基因，所述突变的FEA2基因包含与SEQ ID NO:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，并且/或者编码与SEQ ID NO:83、85、87、89、91、93、95、97或99中的任一者具有至少90%序列同一性的突变的FEA2多肽。
16.一种玉米植物细胞，所述植物细胞包含编辑系统，所述编辑系统包含：
17.如权利要求16所述的玉米植物细胞，其中所述内源靶基因(a)包含与SEQ ID NO:72或SEQ ID NO:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，(b)包含与SEQ ID NO:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域，(c)编码与SEQ ID NO:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列，和/或(d)编码包含与SEQ ID NO:78-80的任一氨基酸序列具有至少90%序列同一性的区域的多肽。
18.如权利要求16或权利要求17所述的玉米植物细胞，其中所述引导核酸包含SEQ IDNO:81的核苷酸序列。
19.一种从如权利要求1至15中任一项所述的玉米植物部分或如权利要求16至18中任一项所述的玉米植物细胞再生的玉米植物。
20.如权利要求19所述的玉米植物，其中所述玉米植物表现出增加的产量并且/或者表现出增加的籽粒行数，任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少。
21.如权利要求19或权利要求20所述的玉米植物，其中所述玉米植物包含突变的FEA2基因，所述突变的FEA2基因包含与SEQ ID NO:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，并且/或者编码与SEQ ID NO:83、85...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种玉米植物或其植物部分，所述玉米植物或其植物部分包含在编码fea2多肽的内源fasciated ear2 (fea2)基因中的至少一个突变。
2.如权利要求1所述的玉米植物或其部分，其中所述内源 fasciated ear2 (fea2)基因具有zm00001d051012的基因标识号(基因id)。
3.如权利要求1或权利要求2所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是显性负突变或弱功能丧失突变。
4.如权利要求1至3中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是碱基置换、缺失和/或插入。
5.如权利要求4所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是缺失，任选地框内缺失或框外缺失。
6.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变包含对a、t、g或c的碱基置换。
7.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变位于参考所编码的fea2多肽seq id no:74的第10个lrr重复序列中。
8.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致经修饰的截短的fea2多肽。
9.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致位于参考seq id no:74的氨基酸位置编号的第332位处的置换的氨基酸残基。
10.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致g332的置换。
11.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述内源fasciatedear2 (fea2)基因(a)包含与seq id no:72或seq id no:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列；(b)包含与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域；(c)编码与seq id no:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列；和/或(d)编码与seq idno:78-80的任一氨基酸序列具有至少90%序列同一性的区域。
12.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致突变的fea2多肽具有改变的与其他多肽复合的能力，和/或改变的穿过质膜和/或从内质网定位到质膜的能力。
13.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中与缺乏所述至少一个突变的对照植物相比，包含所述至少一个突变的所述玉米植物表现出增加的产量，任选地其中所述玉米植物表现出增加的籽粒行数(krn)的表型，任选地其中穗长度基本上不减少。
14.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变是非天然突变。
15.如前述权利要求中任一项所述的玉米植物或其部分，其中所述至少一个突变导致突变的fea2基因，所述突变的fea2基因包含与seq id no:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，并且/或者编码与seq id no:83、85、87、89、91、93、95、97或99中的任一者具有至少90%序列同一性的突变的fea2多肽。
16.一种玉米植物细胞，所述植物细胞包含编辑系统，所述编辑系统包含：
17.如权利要求16所述的玉米植物细胞，其中所述内源靶基因(a)包含与seq id no:72或seq id no:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，(b)包含与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域，(c)编码与seq id no:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列，和/或(d)编码包含与seq id no:78-80的任一氨基酸序列具有至少90%序列同一性的区域的多肽。
18.如权利要求16或权利要求17所述的玉米植物细胞，其中所述引导核酸包含seq idno:81的核苷酸序列。
19.一种从如权利要求1至15中任一项所述的玉米植物部分或如权利要求16至18中任一项所述的玉米植物细胞再生的玉米植物。
20.如权利要求19所述的玉米植物，其中所述玉米植物表现出增加的产量并且/或者表现出增加的籽粒行数，任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少。
21.如权利要求19或权利要求20所述的玉米植物，其中所述玉米植物包含突变的fea2基因，所述突变的fea2基因包含与seq id no:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，并且/或者编码与seq id no:83、85、87、89、91、93、95、97或99中的任一者具有至少90%序列同一性的突变的fea2多肽。
22.一种包含fea2基因内的至少一个突变的玉米植物细胞，其中所述突变是使用编辑系统引入的置换、插入或缺失，所述编辑系统包含与fea2基因中的靶位点结合的核酸结合结构域。
23.如权利要求22所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变是显性负等位基因或弱功能丧失等位基因。
24.如权利要求22或权利要求23所述的玉米植物细胞，其中所述靶位点位于所述fea2基因的区域内，所述区域包含与seq id no:75-77中任一者的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的序列。
25.如权利要求22至24中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述编辑系统还包含核酸酶，所述核酸结合结构域结合至与seq id no:75-77中任一者的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的序列内的靶位点，并且在被所述核酸酶切割后产生在fea2基因内的至少一个突变。
26.如权利要求25所述的玉米植物细胞，其中所述核酸酶是锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶(talen)、核酸内切酶(例如，fok1)或crispr-cas效应蛋白。
27.如权利要求22至26中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述核酸结合结构域是锌指、转录激活因子样dna结合结构域(tal)、argonaute或crispr-cas效应物核酸结合结构域。
28.如权利要求22至27中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述fea2基因内的所述至少一个突变是置换或缺失，任选地框内缺失或框外缺失。
29.如权利要求22至28中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述fea2基因内的所述至少一个突变包括点突变。
30.如权利要求22至29中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变位于参考所编码的fea2多肽的第10个lrr重复序列中。
31.如权利要求22至30中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变导致位于参考seq id no:74的氨基酸位置编号的第322位处的置换的氨基酸残基，任选地其中所述至少一个突变导致g332的置换。
32.如权利要求22至31中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变导致突变的fea2多肽具有改变的与其他多肽复合的能力，和/或改变的穿过质膜和/或从内质网定位到质膜的能力。
33.如权利要求22至32中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变是非天然突变。
34.如权利要求22至33中任一项所述的玉米植物细胞，其中所述至少一个突变导致突变的fea2基因，其与seq id no:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性，并且/或者编码与seq id no:83、85、87、89、91、93、95、97或99中的任一者具有至少90%序列同一性的突变的fea2多肽。
35.一种玉米植物，所述玉米植物从如权利要求22至34中任一项所述的玉米植物细胞再生，所述玉米植物细胞包含在所述fea2基因内的所述至少一个突变。
36.如权利要求35所述的玉米植物，其中当与不包含含有所述至少一个突变的fea2基因的对照植物相比时，所述玉米植物表现出增加的产量和/或增加的籽粒行数的表型，任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少。
37.一种产生/培育无转基因的编辑玉米植物的方法，所述方法包括：
38.一种提供具有增加的产量和/或增加的籽粒行数的多株玉米植物的方法，所述方法包括两株或更多株如权利要求1至15、19至21、35或36中任一项所述的植物种植在生长区域中，从而提供与缺乏所述至少一个突变的多株对照玉米植物相比具有增加的产量和/或增加的籽粒行数的多株玉米植物。
39.一种在玉米植物的内源fea2基因中产生突变的方法，所述方法包括：
40.一种在玉米fea2蛋白质的区域中产生变异的方法，所述方法包括：
41.如权利要求40所述的方法，其中所述fea2基因：(a)包含与seq id no:72或seq idno:73具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，(b)包含与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域，(c)编码与seq id no:74具有至少90%序列同一性的氨基酸序列，和/或(d)编码包含与seq id no:78-80的任一氨基酸序列具有至少90%序列同一性的区域的多肽。
42.如权利要求40或权利要求41所述的方法，其中被靶向的所述fea2基因的所述区域包含与seq id no:75-77的任一核苷酸序列至少90%的序列同一性。
43.如权利要求40至42中任一项所述的方法，其中将所述玉米植物细胞中的所述内源fea2基因的所述区域与所述编辑系统接触产生在其基因组中包含编辑的内源fea2基因的玉米植物细胞，所述方法还包括(a)从所述玉米植物细胞再生玉米植物；(b)使所述玉米植物自交以产生玉米后代植物(e1)；(c)测定(b)的所述后代植物的产量增加和/或籽粒行数增加(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)；以及(d)选择表现出增加的产量和/或增加的籽粒行数(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)的后代玉米植物，以产生与对照玉米植物相比表现出增加的产量和/或增加的籽粒行数(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)的所选择的后代玉米植物。
44.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括(e)使(d)的所选择的后代玉米植物自交以产生玉米后代植物(e2)；(f)测定(e)的所述后代玉米植物的产量增加和/或籽粒行数增加(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)；以及(g)选择与对照玉米植物相比表现出增加的产量和/或增加的籽粒行数(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)的后代玉米植物，以产生表现出增加的产量和/或增加的籽粒行数(任选地其中当籽粒行数增加时，穗长度基本上不减少)的所选择的后代玉米植物，任选地再重复(e)至(g)一次或多次。
45.一种检测玉米植物中的突变的fea2基因(在内源fea2基因中的突变)的方法，所述方法包括在所述玉米植物的基因组中检测在与seq id no:75-77的任一核苷酸序列具有至少90%序列同一性的区域中具有至少一个突变的fea2基因。
46.如权利要求45所述的方法，其中被检测的所述突变的fea2基因包含与seq id no:82、84、86、88、90、92、94、96或98中的任一者具有至少90%序列同一性的核苷酸序列，并且/或者编码与seq id no:83、85、87、89、91、93、95、97或99中的任一者具有至少90%序列同一性的突变的fea2多肽。
47.一种用于编辑玉米植物细胞基因组中的特定位点的方法，所述方法包...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·奥康纳，
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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