含有三磷酸腺苷双磷酸酶基因组合的改良植物和用于制备其的方法技术

本公开涉及含有三磷酸腺苷双磷酸酶基因的组合的修饰植物细胞、植物组织、小植物、植物部分、植物及其后代，所述三磷酸腺苷双磷酸酶基因的组合包括至少一个修饰的基因和/或至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。所述公开还涉及一种制备具有修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因和/或额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的改良植物的方法。所述改良植物通常呈现出至少一个优于该植物由其衍生的植物系的改进特征。所述公开还涉及包含编码所公开的三磷酸腺苷双磷酸酶的核苷酸序列的重组DNA分子。双磷酸酶的核苷酸序列的重组DNA分子。双磷酸酶的核苷酸序列的重组DNA分子。

【技术实现步骤摘要】
含有三磷酸腺苷双磷酸酶基因组合的改良植物和用于制备其的方法
[0001]本申请是申请日为2016年11月11日、申请号为 201680077778.X、专利技术名称为“含有三磷酸腺苷双磷酸酶基因组合的改良植物和用于制备具有三磷酸腺苷双磷酸酶组合的改良植物的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉参考
[0003]本申请要求2015年11月12日提交的美国临时申请号62/254,558、2015年11月12日提交的美国临时申请号62/254,552、 2015年11月12日提交的美国临时申请号62/654,543和2016年7 月8日提交的美国临时申请号62/360,210的权益，将每篇的公开内容全部按引用并入本文中。
[0004]联邦资助研究的声明
[0005]不适用。
[0006]序列表按引用并入
[0007]本申请包括经由EFS
‑
Web以ASCII格式提交的序列表，并全部按引用由此并入。生成于2016年11月11日的所述序列表命名为 UTTA005WO_ST25.txt，并且大小为11.9千字节。


[0008]本公开总体地涉及三磷酸腺苷双磷酸酶(apyrase)基因、遗传修饰的植物和三磷酸腺苷双磷酸酶基因在植物中以在自然界中未发现的方式表达的领域。本公开还涉及用于设计和制备修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的方法，以及以在自然界中未发现的方式表达三磷酸腺苷双磷酸酶基因的植物。

技术介绍

[0009]三磷酸腺苷双磷酸酶(核苷三磷酸二磷酸水解酶)是可以从NTP 和NDP除去末端磷酸的酶，但不能从单磷酸核苷去除磷酸。它们在动物(Knowles，2011)和植物(Clark等，2014)的生理中起着多样的作用。表明某些三磷酸腺苷双磷酸酶可以调节植物生长的某些方面的早期研究由Thomas等(1999)和Wu等(2007)公布。这些研究狭隘地在特定模型中表明，某些三磷酸腺苷双磷酸酶的组成型表达可以促进营养生长，并且这些三磷酸腺苷双磷酸酶的抑制可以抑制生长。然而，这些研究只检验了生长在琼脂平板上的幼苗的根和嫩芽的营养生长，并且他们没有测试这些效应是否对之后的植物生长阶段和种子生产率具有任何影响。促进营养生长的因子常常对生殖生长具有很小的作用或没有作用，或者在一些情况中，甚至可能抑制生殖生长(Barker，2010)。此外，这些早期研究局限于三磷酸腺苷双磷酸酶表达对仅一种小的草本植物拟南芥(Arabidopsisthaliana)的生长的作用。因此，这些早期研究不能预测三磷酸腺苷双磷酸酶的组成型表达是否对重要作物植物(如大豆)的种子生产率具有任何影响。
[0010]报道了三磷酸腺苷双磷酸酶增强的拟南芥幼苗的营养生长的相同幼苗研究还报告，某些三磷酸腺苷双磷酸酶的组成型表达可以增强这些幼苗的磷酸盐摄取(Thomas等，
1999)。然而，这种增强仅在非常高的磷酸盐浓度(2mM)下才观察到，该浓度显著高于在大部分土壤或在商业肥料的溶液中发现的浓度(Smith等，2015)。因此，基于这个早期实验室结果，看起来三磷酸腺苷双磷酸酶的组成型表达对肥料使用前后的田间条件下的磷酸盐摄取具有很少的作用或没有作用，并且因此将具有很低的实用价值。

技术实现思路

[0011]在一个实施方式中，本公开涉及修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。本公开进一步涉及设计和制备修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的方法。在某些实施方式中，修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是修饰的psNTP9、编码SEQ ID NO:2的氨基酸序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因或包含SEQ ID NO:4的DNA序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在进一步的实施方式中，本公开提供了修饰三磷酸腺苷双磷酸酶以提高钙调蛋白结合的方法，包括将三磷酸腺苷双磷酸酶的氨基酸序列在螺旋轮图上作图，确定主要包含疏水性氨基酸残基的螺旋轮图的部分和主要包含碱性氨基酸残基的螺旋轮图的部分，并且用更疏水的氨基酸残基替代主要包含疏水性氨基酸残基的螺旋轮图部分中的至少第一非疏水性氨基酸残基或用更碱性的氨基酸残基替代主要包含碱性氨基酸残基的螺旋轮图部分中的至少第一非碱基氨基酸残基。
[0012]在另一个实施方式中，本公开涉及含有修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶的植物细胞、植物组织、小植物、植物部分、植物及其后代，以及制备这样的含有修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的植物细胞、植物组织、小植物、植物部分、植物及其后代的方法。在更多实施方式中，所述植物部分是细胞、种子、根、茎、叶、头状部分(head)、花或花粉。在再另一个实施方式中，所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶是修饰的psNTP9、编码SEQ ID NO:2的氨基酸序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因或包含SEQ ID NO:4的DNA序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。
[0013]本公开进一步涉及与衍生其的植物系相比，经修饰以含有和表达至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因(例如，通过染色体外表达或插入其基因组中)的植物部分、植物及其后代，以及制备这样的含有至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的植物部分、植物及其后代的方法，和制备这样的植物、植物部分或后代植物的方法。在某些实施方式中，所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是天然存在的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在其他实施方式中，所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是外源三磷酸腺苷双磷酸酶基因或修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在特别的实施方式中，所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因或拟南芥三磷酸腺苷双磷酸酶基因，或包含SEQ ID NO:3的DNA序列的豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因或编码SEQ ID NO:1的氨基酸序列的豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在各种实施方式中，所述改良的植物具有优于该植物由其衍生的植物系的提高的产量。
[0014]本公开进一步涉及与衍生其的植物系相比含有至少一个修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因和至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的组合的植物细胞、植物组织、小植物、植物部分、植物及其后代，以及制备这样的含有至少一个修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因和至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的植物细胞、植物组织、小植物、植物部分、植物及其后代的方法。在一些实施方式中，所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶是修饰的
psNTP9、编码SEQ ID NO:2 的氨基酸序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因或包含SEQ ID NO: 4的DNA序列的修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在其他实施方式中，所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是天然存在的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。在另一实施方式中，所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是外源三磷酸腺苷双磷酸酶基因，例如，豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因或拟南芥三磷酸腺苷双磷酸酶基因、包含SEQ ID NO:3 的DNA序列的豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因或编码SEQ ID NO:1 的氨基酸序列的豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因。
[0015]根据本公开的每个实施方式的改良植物通常呈现出一个或多个优于其来源的植物系的改进，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重组植物，其中所述植物已经工程化以含有至少一个修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因和/或至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。2.权利要求1的改良植物，其中所述植物相对于不包含所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因和/或所述至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因的植物呈现出至少一个提高的农艺性状；其中所述提高的农艺性状选自：提高的产量、磷酸盐摄取、抗旱性、抗病性、抗真菌性、营养物吸收、水吸收、平均初生根长度、平均侧根数量、平均种子荚数量、平均种子荚大小、平均种子大小、平均种子重量、种子萌发、种子存活、平均长角果数量、平均长角果大小、平均叶面积、平均叶长和平均植物高度。3.权利要求1的改良植物，其中所述植物是单子叶植物或双子叶植物。4.权利要求3的改良植物，其中所述植物是大豆、棉花、加拿大油菜、马铃薯、水稻、小麦、甜菜或玉米植物。5.权利要求1的改良植物，其中所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是修饰的psNTP9。6.权利要求1的改良植物，其中所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因编码包含SEQ ID NO:2的修饰的氨基酸序列。7.权利要求1的改良植物，其中所述修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因包含含有SEQ ID NO:4的DNA序列。8.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是天然存在的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。9.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是外源三磷酸腺苷双磷酸酶基因。10.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因插入到所述改良植物的基因组中。11.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因在染色体外表达。12.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是豌豆三磷酸腺苷双磷酸酶基因或拟南芥三磷酸腺苷双磷酸酶基因。13.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因是SEQ ID NO:3的psNTP9。14.权利要求1的改良植物，其中所述额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因编码SEQ ID NO:1的氨基酸序列。15.权利要求1的改良植物，其中所述植物包含含有SEQ ID NO:3和SEQ ID NO:4的DNA序列的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。16.权利要求1的改良植物，其中所述植物包含表达SEQ ID NO:1和SEQ ID NO:2的氨基酸序列的三磷酸腺苷双磷酸酶基因。17.权利要求1的改良植物的后代植物。18.权利要求1的改良植物的种子。19.权利要求1的改良植物的植物部分。20.权利要求19的植物部分，其中所述植物部分是细胞、种子、根、茎、叶、头状部分、花或花粉。
21.一种产生改良植物的方法，包括通过添加或工程化至少一个修饰的三磷酸腺苷双磷酸酶基因或至少一个额外的三磷酸腺苷双磷酸酶基因来修饰所述植物的基因组。22.权利要求21的方法，其中经由土壤杆菌(Agrob...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：得克萨斯州大学系统董事会，
类型：发明
国别省市：