改善种子大小和质量的方法技术

本发明专利技术涉及增加植物的种子大小和/或种子质量的方法，该方法包括增加氨基酸通透酶(AAP)的通透酶活性。本发明专利技术还涉及制造这种植物的方法以及展示增加种子大小和/或种子质量的植物。的植物。的植物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改善种子大小和质量的方法


[0001]本专利技术涉及增加植物种子产量的方法，该方法包括增加氨基酸通透酶(AAP)的通透酶活性。本专利技术还涉及制造这种植物以及展示种子产量提高的植物的方法。

技术介绍

[0002]种子大小和重量与种子产量有关，从而决定了作物的种子产量。种子大小也被认为是进化适应的关键因素。来自大种子的幼苗被认为在胁迫条件下具有更强的生存能力，而具有小种子的植物物种则被认为具有更好的繁殖后代的能力。成熟的种子含有母体的珠被、胚乳和胚。母体组织、胚乳和胚之间复杂的相互作用调控种子生长并决定着植物的种子大小和重量。
[0003]对种子突变体的分析已经确定了拟南芥种子大小的几个重要调节基因。据报道，这些调控基因中的一些通过影响母体组织的细胞增殖来调控种子大小，如KLU/CYTOCHROME P450 78A5(CYP78A5)、遍在蛋白依赖性蛋白酶DA1、E3遍在蛋白连接酶BIG BROTHER(BB)和DA2、转录因子AUXIN响应因子2(ARF2)和NGAL2，以及遍在蛋白特异性蛋白酶15(UBP15)。相比之下，转录因子TESTA GLABRA 2(TTG2)和APETALA2(AP2)可能通过影响细胞的扩增而在母体上发挥作用以调控种子大小。合子组织的发育也影响种子的生长。MINISEED3(MINI3)和HAIKU(IKU)调控胚乳的细胞化，从而影响种子大小。SHORT HYPOCOTYL UNDER BLUE1(SHB1)可以与IKU2和MINI3的启动子结合，促进它们的表达。
[0004]种子大小通常由数量性状位点(QTL)控制(Alonso
‑
Blanco等人，1999；Song等人，2007)。在拟南芥中，已经绘制了几个种子大小的数量性状位点(QTL)，但与这些QTL相对应的基因迄今尚未被克隆出来。种子质量，特别是游离氨基酸和蛋白质含量是种子产量的重要贡献者。在种植用于动物饲料或用于人类消费(如制作面包或酿酒)的粮食作物时，提高谷物蛋白质水平具有重要价值。然而，由于种子质量(尤其是蛋白质含量)与大小之间的反比关系，开发高质量的种子无法实现。
[0005]本专利技术解决了提高种子大小和改善商业价值作物，例如小麦、水稻和玉米的种子质量的需要。
[0006]专利技术概述
[0007]本文报告了拟南芥1号染色体(SSW1)上用于种子大小和重量的主要QTL基因，该基因编码氨基酸通透酶(AAP)，特别是AtAAP8。氨基酸是大多数植物物种中有机氮的重要来源，将氮输送到库(sink)中对种子发育至关重要。
[0008]我们的发现鉴定了拟南芥中第一个对应于种子大小、重量和质量的QTL(SSW1/AAP8)的基因，并证明SSW1/AAP8的天然等位基因变异有助于SSW1/AAP8的氨基酸转运活性，从而调控种子大小、重量和质量。特别是，拟南芥登记库(accession)在SSW1/AAP8基因中拥有三种类型的天然等位基因变异，包括SSW1
Cvi
、SSW1
Ler
和SSW1
Col
‑0类型。SSW1
Cvi
等位基因比SSW1
Ler
等位基因产生更大更重的种子，有更多的游离氨基酸和贮藏蛋白。SSW1
Cvi
具有与SSW1
Col
‑0相似的氨基酸转运活性，并拥有比SSW1
Ler
更高的氨基酸转运活性。我们进一步发
现，氨基酸(A410V)的天然变异主要是导致观察到的SSW1类型的氨基酸转运活性差异的原因。我们还发现，SSW1/AAP8的功能丧失会导致小而轻的种子。
[0009]我们的结果揭示了AAP8是种子大小、重量和质量控制的天然变异的重要分子和遗传基础，并表明该基因是改善植物种子重量和质量的重要靶标。
[0010]因此，在本专利技术的第一方面，提供了增加植物种子产量的方法，所述方法包括增加氨基酸通透酶(AAP)的活性。优选地，种子产量的增加包括种子大小和/或种子质量的增加，优选种子大小和质量的增加。
[0011]在一个实施方案中，所述方法包括增加AAP8的表达，其中AAP8的氨基酸序列包括如SEQ ID NO：2、3或4中限定的序列或其功能变体或同源物。最优选地，AAP8的氨基酸序列包括SED ID NO：4或其功能变体或同源物。
[0012]在一个实施方案中，该方法包括引入并表达核酸构建体，其中所述构建体包括编码SEQ ID NO：2、3或4中限定的AAP8多肽或其功能变体或同源物的核酸序列。优选地，所述核酸序列与调控序列可操作地连接。更优选地，调控序列是组成型或组织特异性启动子，如MUM4启动子。
[0013]在备选的实施方案中，所述方法包括将至少一个突变引入植物基因组，其中所述突变增加AAP多肽的活性。优选地，所述突变是使用定向基因组编辑引入的。更优选地，所述定向基因组编辑是CRISPR。
[0014]在一个实施方案中，所述突变是插入至少一个编码AAP8多肽或其同源物或功能变体的核酸序列的另外的拷贝，使所述核酸序列与调控序列可操作地连接，其中所述突变是使用定向基因组编辑引入的，并且其中优选地，所述核酸序列编码SEQ ID NO：2、3或4中限定的AAP多肽或其功能变体或同源物。
[0015]在备选的实施方案中，所述方法包括或导致在SEQ ID NO:1的410位或同源序列中的同源位置引入至少一个突变。优选地，所述突变是取代。
[0016]在本专利技术的另一个方面，提供了遗传改变的植物、其部分或植物产品，其中所述植物的特征在于种子产量的增加。优选地，所述遗传改变的植物、其部分或植物产品具有增加的AAP多肽的活性。
[0017]在一个实施方案中，植物表达核酸构建体，所述核酸构建体包括编码SEQ ID NO：2、3或4中任一项限定的AAP8多肽或其功能变体或同源物的核酸。
[0018]在备选的实施方案中，植物的基因组中具有至少一个突变，其中所述突变增加AAP8的活性。优选地，所述突变是通过定向基因组编辑，优选CRISPR引入的。
[0019]在一个实施方案中，所述突变是插入至少一个或多个编码如SEQ ID NO：2、3或4所限定的AAP8多肽或其同源物或功能变体的核酸的另外的拷贝。备选地，突变是在SEQ ID NO：1的410位或同源序列中的同源位置。
[0020]在本专利技术的另一方面，提供了制造具有增加种子产量的遗传改变的植物的方法，所述方法包括引入并表达核酸构建体，所述构建体包括编码如SEQ ID NO：2、3或4中限定的AAP8多肽或其功能变体或同源物的核酸序列。
[0021]在本专利技术的另一方面，提供了制造具有增加种子产量的遗传改变的植物的方法，所述方法包括将突变引入植物基因组以增加AAP8多肽的活性。优选地，所述突变是使用定向基因组编辑，优选通过CRISPR引入的。
[0022]在一个实施方案中，所述突变是插入一个或多个编码如SEQ 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.增加植物种子产量的方法，所述方法包括提高氨基酸通透酶(AAP)的活性。2.权利要求1所述的方法，其中所述种子产量的增加包括种子大小和/或种子质量的增加，优选种子大小和质量的增加。3.权利要求2所述的方法，其中所述方法包括增加AAP8的表达，其中AAP8的氨基酸序列包括SEQ ID NO:2、3或4中限定的序列或其功能变体或同源物。4.权利要求3所述的方法，其中所述方法包括引入并表达核酸构建体，其中所述构建体包括编码SEQ ID NO:2、3或4中限定的AAP8多肽或其功能变体或同源物的核酸序列。5.权利要求4所述的方法，其中所述核酸序列与调控序列可操作地连接。6.权利要求5所述的方法，其中所述调控序列是组成型或组织特异性启动子。7.权利要求6所述的方法，其中所述组织特异性启动子是MUM4启动子。8.权利要求1所述的方法，其中所述方法包括将至少一个突变引入植物基因组，其中所述突变增加AAP多肽的活性。9.权利要求8所述的方法，其中所述突变是使用定向基因组编辑引入的。10.权利要求9所述的方法，其中所述定向基因组编辑是CRISPR。11.权利要求8所述的方法，其中所述突变是插入编码AAP8多肽或其同源物或功能变体的核酸序列的至少一个另外的拷贝，使得所述核酸序列与调控序列可操作地连接，并且其中所述突变是使用定向基因组编辑引入的，并且其中优选地所述核酸序列编码SEQ ID NO:2、3或4中限定的AAP多肽或其功能变体或同源物。12.权利要求8所述的方法，其中所述方法包括或导致在SEQ ID NO:1的410位或同源序列的同源位置引入至少一个突变。13.权利要求12所述的方法，其中所述突变是取代。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述植物是作物植物。15.权利要求14所述的方法，其中所述作物植物选自水稻、玉米、小麦、大豆、大麦、大麻和菥蓂和芸苔。16.通过权利要求1至15中任一项所述的方法获得或可获得的植物或植物后代。17.遗传改变的植物、其部分或植物产品，其中所述植物的特征在于种子产量提高。18.权利要求17所述的遗传改变的植物、其部分或植物产品，其中所述植物具有增加的AAP多肽的活性。19.权利要求18所述的遗传改变的植物，其中所述植物表达核酸构建体，所述核酸构建体包括编码SEQ ID NO:2、3或4中任一项定义的AAP8多肽或其功能变体或同源物的核酸。20.权利要求19所述的遗传改变的植物，其中所述植物在其基因组中具有至少一个突变，其中所述突变增加AAP8的活性。21.权利要求20所述的遗传改变的植物，其中所述突变是通过定向基因组编辑，优选通过CRISPR引入的。22.权利要求21所述的遗传改变的植物，其中所述突变是插入编码SEQ ID NO:2、3或4中限定的AAP8多肽或其同源物或功能变体的核酸的至少一个或多个另外的拷贝。23.权利要求22所述的遗传改变的植物，其中所述至少一个突变是在SEQ ID NO:1的410位或同源序列中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云海，江珊，金锡铭，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所，
类型：发明
国别省市：