精确育种制造技术

本发明专利技术涉及一种新的植物育种方法。该方法通过使用也在传统育种中使用的遗传材料来改善作物的农艺性状。不像在传统育种中进行的随机有性重组整个基因组，而是在体外重排特定的遗传元件并插回到单个的植物细胞中。通过这种新的植物育种方法获得的植株不含有异源核酸，但是仅含有来自选作转化的植物种或与所选植物种性亲和植物的核酸。提供了通过这种新的植物育种方法开发的植物。特别地，提供显示改善的块茎贮藏和健康特性的马铃薯植株。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
精确育种本申请为2004年10月18日进入中国国家阶段、申请号为038086433、申请日为 2003年2月20日、专利技术名称为“精确育种”的专利技术专利申请的分案申请。专利
本申请要求美国临时申请序列号60/357，661和60/377，602的优先权，其在这里引作参考。本专利技术涉及通过修饰植物基因组中特异的、熟知的DNA而提高植物的营养、健康和农艺特性的方法。与传统的植物育种相反，本专利技术的方法不会将未知的或有潜在毒性的基因引入到植物遗传组成中。此外，本专利技术的方法与常规的遗传工程策略不同，不将异源物种，即不能与将要通过遗传工程修饰的植物交互可孕的植物的核酸掺入到植物的基因组中。通过本专利技术的植物育种方法开发的植株显示改善的农艺特性。本专利技术特别优选的植株包括显示改善了健康和块茎贮藏特性的马铃薯，以及显示提高了疾病和干旱耐受性的草坪草。背景典型地一直是通过传统的植物育种或者遗传工程来改善植物的农艺特性。传统的育种一般导致将未知的核酸从一种植物转移到另一种植物。遗传工程技术将异源核酸引入到植物基因组中，即DNA不是来源于植物或者不是来源于与将要通过遗传工程修饰的植物天然交互可孕的植物。例如，遗传工程将非植物核酸引入到植物基因组中。传统的育种和遗传工程策略两者都产生含有不期望和不需要的遗传物质的植物基因组，得到的杂交的或转基因的植物显示不利的特性。可以证明这两种策略的缺陷对转基因植物是有害的，对食用这些产品的动物和人也是有害的。传统育种依赖于未知DNA的转移植物育种一般依靠植物染色体的随机重组以产生具有新的和改善特性的变种。因此，通过筛选从植物杂交获得的众多子代，育种者能够鉴定出那些显示期望特性，例如产量增加、活力增强、疾病和昆虫抗性提高、或者在干旱条件下生存能力增强的植株。然而，传统的育种方法是费力和耗时的，而且新的变种一般仅仅显示相对适度的改善。此外，传统的植物育种一般导致将许许多多的未知基因转移到植物基因组中。很可能那些转移的基因中的一些编码潜在的有害的变应原，例如马铃薯块茎蛋白、凝集素、壳多糖酶、蛋白酶、奇异果甜蛋白(thaumatin)样蛋白、脂转移蛋白、淀粉酶、胰蛋白酶抑制剂, 以及种子忙藏蛋白(Breiteneder 等，J Allergy Clin Tmmunol 106:27 — 36)。类似地，可能在毒素的生物合成中涉及渐渗基因，其中毒素包括山黛豆素 (lathyiOgens)、肼、芥子油苷和致甲状腺肿物、香豆素、皂苷、生物碱、糖苷生物碱、生物胺、 酶抑制剂，如凝集素(血细胞凝集素)、胰蛋白酶抑制剂、鳌合底物如肌醇六磷酸和草酸、核糖毒素(ribotoxins)、抗微生物肽、氨基酸如β — N—草酰氨基一 L 一丙氨酸、苍术苷、夹竹桃苷、紫杉醇，和异喹啉(Pokorny，Cas Lek Cesk 136 :267 — 70，1997)。通过努力“开发”以前没有用作食物消费的野生作物亲属的的遗传多样性，进一步提高了意外地将这些毒物引入到人和动物食物供应品中的风险(Hoisington等，Proc Natl Acad Sci USA 96:5937 - 43,1999)。尽管传统的植物育种能够容易地将在不期望的抗营养化合物中涉及的基因引入到粮食作物和植物中，但是其不能容易地将它们除去。例如，花了约15年时间通过灭活Lpa 基因减少谷物和水稻中有害的肌醇六磷酸水平(Raboy，J Nutr 132 :503S — 505S，2002)。 用长的时间框架来实现积极的结果是不实际的，特别是由于现在急切地需要更有效地和高效地提高粮食作物质量的方法。最近才发现与抗营养化合物的合成有关的基因的一个实例是多酚氧化酶(PPO)基因，其氧化某些酚类化合物产生象苯氧基自由基和醌衍生物那样的致突变的、致癌的和细胞毒性试剂(Kagan等，Biochemistry 33 :9651 — 60,1994)。在植物如马铃薯的基因组中存在这个基因的多重拷贝，使得特别难于通过育种来减少PPO的活性。如果对它们的遗传基础知道得很少或者一无所知，那么甚至需要更多的时间来除去抗营养化合物。例如，一直没有将基因与在一些被加热到160 V或者更高时的马铃薯中高浓度丙烯酰胺的累积相联系，丙烯酰胺是一种烈性神经毒素和诱变剂(Tareke等，J Agric Food Chem. 50 :4998 — 5006,2002)。因此在使用传统育种的加工期间很难高效地开发新的能产生较少丙烯酰胺的马铃薯变种。因此，需要种植具有较低水平的这类危险化合物，但是没有使用未知或异源核酸的马铃薯和其它富含碳水化合物的食物，例如小麦。可在加工期间累积并且很难通过育种减少到最少或消除的其它抗营养化合物包括美拉德反应(Maillard — reaction)产物N —亚硝基一N — (3 —酮一1,2 — 丁二醇)一 3’ 一硝基酪胺(Wang 等，Arch Toxixol 70 :10 — 5，1995)，以及 5 —羟甲基一2 —糠醛 (Janzowski 等，Food Chem Toxicol 38:801 — 9,2000)。一直没有被很好地表征的另外的美拉德反应产物也已知显示诱变特性(Shibamoto，Prog Clin Biol Res 304 :359 — 76， 1989)。由于传统的植物育种固有的不精确，要迅速地提高粮食作物中有益的营养化合物的水平同样可能是困难的。例如，期望提高各种作物中“抗性淀粉”的水平(Topping等， Physiol Rev 81 :1031 — 64，2001 )。这种淀粉最终负责促进免疫应答，抑制潜在的病原体， 以及降低包括结肠直肠癌在内的疾病的发病率(Brid等，Curr Issues Intest Microbiol I 25 - 37，2000)。然而，仅可得到的抗性淀粉水平增加的植株是象玉米突变株“amylose extender”,“dull”,和“sugary — 2”那样低产量的变种。新的高抗性淀粉来源如马铃薯的产生将能够将这种促进健康的成分较广泛地结合到饮食中。不能安全地操纵植物的基因型经常导致使用外部的化学药品以诱导期望的基因型。尽管众多的育种程序延迟块茎发芽，然而例如，买不到不用发芽抑制剂处理就可以贮藏数月的马铃薯变种。后者，如异丙基一 N —氯苯基一氨基甲酸酯(CIPC)，与急性毒性和肿瘤发展有关联，并可能以lmg/kg和5mg/kg之间的浓度存在于加工的马铃薯食品中。遗传工程依赖于外源DNA的转移遗传工程可以用于修饰、产生或除去植物的某些特性。尽管在提高植物的营养价值和健康特征方面一直存在有限的进步，但是绝大多数靶植物特性的改善促进了容易栽培作物。因此，某些植物抵抗草苷膦除草剂，因为它们含有细菌的5 —烯醇丙酮酰莽草酸一 3—憐酸合成酶基因(Padgette 等，Arch Biochem Biophys. 258 :564 — 73,1987)。 类似地,遗传工程已经生产了抗昆虫、抗病毒和抗真菌的植物变种(Shah等，Trends inBiotechnology 13 :362 — 368,1995 ；Gao 等，Nat Biotechnol. 18 1307 — 10, 2000 ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
修饰所选植物特性的方法，包括：a.用期望的多核苷酸稳定地转化所选植物的细胞，其中所述的期望的多核苷酸基本上由所选植物、相同种植物或与所选植物性互交可孕的植物的天然核酸序列构成，b.从所述转化的植物细胞中获得稳定转化的植物，其中所述的转化植物含有稳定地整合到基因组中的所述的期望的多核苷酸，其中所述的期望的多核苷酸修饰所述的特性。

【技术特征摘要】
2002.02.20 US 60/357,661;2002.05.06 US 60/377,6021.修饰所选植物特性的方法，包括 a.用期望的多核苷酸稳定地转化所选植物的细胞，其中所述的期望的多核苷酸基本上由所选植物、相同种植物或与所选植物性互交可孕的植物的天然核酸序列构成， b.从所述转化的植物细胞中获得稳定转化的植物，其中所述的转化植物含有稳定地整合到基因组中的所述的期望的多核苷酸，其中所述的期望的多核苷酸修饰所述的特性。2.根据权利要求I的方法，进一步包括用在所述的植物细胞中短暂表达的选择性标记基因共转染所述的植物细胞，鉴定转化的植物细胞，从所述的转化的植物细胞中获得转化植物，其中不稳定地整合所述的选择性标记基因，并且将所述的期望的多核苷酸稳定地整合到基因组中。3.权利要求I的方法，其中所述的植物是单子叶植物。4.权利要求3的方法，其中所述的单子叶植物从由小麦、草皮、草坪草、谷类植物、玉米、水稻、燕麦、小麦、大麦、高梁、兰花、蝴蝶花、百合、洋葱、香蕉、甘蔗、高梁、以及棕榈构成的组中选择。5.权利要求I的方法，其中所述的植物是双子叶植物。6.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·T·罗门斯，J·叶，H·颜，K·M·M·斯沃尔兹，J·梅嫩德斯胡马拉，L·W·布林克霍夫，C·里切尔，
申请(专利权)人：J·R·西姆普罗特公司，
类型：发明
国别省市：