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用于改良种子组成的方法和组合物技术

技术编号:44464419 阅读:6 留言:0更新日期:2025-03-04 17:37
本发明专利技术提供了通过在植物中异位表达油合成酶和油包封蛋白提高植物种子中与对照植物相比的油产生的方法,而不显著降低种子中蛋白质产生,其中表达不是种子偏好性表达或种子特异性表达。本发明专利技术还提供了通过所述方法生产或选择的植物和种子,以及将所述种子加工成油和富含蛋白质的副产品的方法。

【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调控(manipulation)种子组成的组合物和方法。背景油籽作物是世界上植物油的主要来源,随着植物油成为食品、动物饲料以及越来越多的能源和材料的主要投入品,对植物油的需求正变得越来越重要。虽然传统育种已经在提高某些作物的种子油含量方面取得了重大成果,但创新开始进入瓶颈期,而且据推测,油分的进一步提高将以牺牲其他重要特征(如种子蛋白质含量)为代价(mahmoud et al.,2006)。遗传修饰,包括转基因和基因编辑方法,已被用于引入新的遗传多样性,但也面临着类似的挑战,即以牺牲蛋白质含量或其他重要农艺特征为代价来获得更高的种子油水平。为提高油含量而进行这些权衡的一个很好的例子是大豆,它是世界上最大的油籽作物之一。作为油作物和蛋白质作物,研究人员早就知道大豆种子的总油含量与蛋白质含量呈负相关(hymowitz et al.,1972)。大豆中总油含量和总蛋白质含量之间的反比关系被普遍认同,即总油降低1%,导致总蛋白质增加2%。在过去十年中,美国等主要大豆生产国的大豆粕平均蛋白质含量已从49%降至45%的历史低点。在植物层面,大豆种子组成是复杂的基因型和环境相互作用的结果。在种子灌浆期间(生殖期r5-r7),来自母体组织的主要碳源和氮源(即蔗糖和氨基酸)通过糖酵解、三羧酸循环和氨基酸代谢途径被分配到脂质、碳水化合物和蛋白质中。当种子过渡到成熟阶段(生殖期r7至r8)时,一些积累的蛋白质通过蛋白分解降解,而一部分脂质通过β-氧化降解,并有可能通过糖异生用于棉子糖家族寡糖(rfo)的生物合成(kambhampati et al.,2020)。因此,油籽作物面临的挑战已经成为在提高种子油含量的同时,保持其他重要的营养和经济特征,如种子蛋白质水平。因此,需要可以在提高种子油组成的同时平衡植物维持蛋白质水平的能力的新方法和新途径。本专利技术的目的是提供用于生产和/或选择植物的方法,克服现有技术的一个或更多个限制,和/或至少为公众提供有用的选择。本专利技术概述通过遗传修饰提高种子或营养器官中的植物油含量,已经集中在过表达或敲低种子或营养器官中(任何旨在进行油积累的目标器官中)脂肪酸合成和降解途径中涉及的关键转录因子或基因。这通常包括以下策略:通过上调脂肪酸生物合成途径第一步中涉及的转录因子和酶,来将更多的碳“推”入脂肪酸生物合成途径;以及通过上调三酰甘油酯生物合成中涉及的酶,或通过过表达油包封蛋白或下调脂质降解蛋白来保护油不被降解,来将更多的碳“拉”过脂肪酸生物合成途径(综述见xu et al.2018)。调节这些构建体表达的启动子主要存在于两大类中:种子特异性表达,用于种子中的油产生;和组成型或绿色组织启动子,用于营养器官或绿色组织中的油产生。现在,本申请人已经出人意料地证明了,通过在植物中表达油合成酶和油包封蛋白,而无需针对这些蛋白的种子偏好性(seed-preferred)表达或种子特异性表达,可在不影响种子中蛋白质积累的情况下增加种子中的油积累。用于产生这些出人意料的结果的时间和空间表达谱与种子偏好性和种子特异性的基因及启动子的典型表达谱不同,如在本文中进一步所讨论的。申请人还表明,本专利技术的植物种子中积累的油的组成表征油合成酶的活性,这表明油合成酶可能是导致所展示的表型的主要因素。这些结果是出人意料的,原因如下:·成熟种子中的油显著增加,尽管表达并非是针对种子(种子偏好性)的。·当针对种子中油的调控时,与通常使用的种子偏好性基因和启动子相比,申请人使用的启动子具有非常不同的时间和空间表达谱。·在蛋白质含量至少保持不变的情况下,种子的油积累显著增加,这与普遍认同的总油含量和总蛋白质含量之间的反比关系形成了鲜明对比。方法在第一方面,本专利技术提供了在不降低植物种子蛋白质含量的情况下,与对照植物相比提高植物种子中的油产生的方法,其中该方法包括在植物中异位表达油合成酶的步骤,其中油合成酶的表达不是种子偏好性表达。在一个实施方案中,该方法还包括在植物中异位表达油包封蛋白的步骤。优选地,油包封蛋白的表达不是种子偏好性表达。在另一个方面,本专利技术提供了用于生产与对照植物的种子相比油含量增加而蛋白质含量不降低的种子的方法,该方法包括在植物中异位表达油合成酶的步骤,其中油合成酶的表达不是种子偏好性表达。在一个实施方案中,该方法还包括在植物中异位表达油包封蛋白的步骤。优选地,油包封蛋白的表达不是种子偏好性表达。种子油产生/油含量增加在一个实施方案中,植物种子中的油产生或油含量与对照植物相比增加至少1%,优选至少2%,更优选至少3%,更优选至少4%,更优选至少5%,更优选至少6%,更优选至少7%,更优选至少8%,更优选至少9%,更优选至少10%,更优选至少11%,更优选至少12%,更优选至少13%,更优选至少14%,更优选至少15%,更优选至少16%,更优选至少17%,更优选至少18%,更优选至少19%,更优选至少20%,更优选至少21%,更优选至少22%,更优选至少23%,更优选至少24%,更优选至少25%,更优选至少26%,更优选至少27%,更优选至少28%,更优选至少29%,更优选至少30%,更优选至少31%,更优选至少32%,更优选至少33%,更优选至少34%,更优选至少35%,更优选至少36%,更优选至少37%,更优选至少38%,更优选至少39%,更优选至少40%。在一个实施方案中,植物种子的油含量与对照植物相比显著增加。在一个实施方案中,使用以下方法评估种子油含量的增加:近红外光谱(nir)(zhu,z,chen,s,wu x,xing c,2018,food sci nutr.6(4):1109–1118.determination ofsoybean routine quality parameters using near-infrared spectroscopy)或通过脂肪酸甲酯(fames)的气相色谱(gc)(shantha nc and napolitano ge,1992,gaschromatography of fatty acids,journal of chromatography a.624,1–2:37-51)。总脂肪酸(粗)分析(analysis of total fatty acids(crude))aoac官方方法996.06和oacs官方方法ca 5b-71。脂肪酸谱(faty acid profile),aoac官方方法996-06[analysis ofmethyl esters by capillary glc],aoac官方方法ce 2-66[preparation of methylesters of fatty acids],aoac官方方法965.49[preparation of methyl esters offatty acids],aoac官方方法969.33[oils and fat,boron trifluoride method]。folch提取法用于从动物组织中提取总脂质(folch et al.1957,j.biol.chem 226:497)。本领域技术人员还将理解,在进行工业加工(包括但不限于溶剂提取、压榨和临界点提取)后本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.用于提高植物种子中与对照植物相比的油产生,而与对照植物相比不显著降低植物种子中蛋白质产生的方法,所述方法包括:

2.用于生产与对照植物的种子或对照种子相比油含量增加且与对照植物的种子或对照种子相比蛋白质含量无显著降低的种子的方法,所述方法包括:

3.根据前述任一权利要求所述的方法,包括测量种子中的油产生或油含量的步骤。

4.根据前述任一权利要求所述的方法,包括测量种子中的蛋白质产生或蛋白质含量的步骤。

5.根据权利要求3或4所述的方法,其包括基于测量种子中油产生或油含量的增加以及种子中蛋白质产生或蛋白质含量的不降低来选择植物或种子的步骤。

6.根据权利要求3或4所述的方法,其包括基于测量种子中油产生或油含量的增加以及种子中蛋白质产生或蛋白质含量的增加来选择植物或种子的步骤。

7.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子中的油产生或油含量增加至少1%。

8.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子中的蛋白质产生或蛋白质含量增加至少0.1%。

9.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子的脂肪酸谱与对照植物或对照种子相比发生了改变。

10.根据权利要求9所述的方法,其中C18:0脂肪酸和C18:1脂肪酸中至少一种的比例增加,C18:2脂肪酸和C18:3脂肪酸中至少一种的比例减少。

11.根据前述任一权利要求所述的方法,其中所述油合成酶的表达来自编码所述油合成酶的多核苷酸。

12.根据权利要求11所述的方法,其中编码所述油合成酶的多核苷酸是包含与所述多核苷酸可操作地连接的启动子的构建体的一部分。

13.根据权利要求12所述的方法,其中所述启动子驱动所述多核苷酸的非种子偏好性表达。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法,其中用所述多核苷酸或所述构建体转化所述植物。

15.根据前述任一权利要求所述的方法,其中所述油包封蛋白的表达来自编码所述油包封蛋白的多核苷酸。

16.根据权利要求15所述的方法,其中编码所述油包封蛋白的多核苷酸是包含与所述多核苷酸可操作地连接的启动子的构建体的一部分。

17.根据权利要求16所述的方法,其中所述启动子驱动所述多核苷酸的非种子偏好性表达。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法,其中用所述多核苷酸或所述构建体转化所述植物。

19.通过前述任一权利要求所述的方法生产或选择的植物或种子。

20.根据权利要求19所述的植物的部分、繁殖体或后代。

21.根据权利要求20所述的部分,其是种子。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的植物、植物部分、繁殖体、后代或种子,其中所述植物转基因了编码油合成酶的多核苷酸或构建体或构建体,以及编码油包封蛋白的多核苷酸或构建体或构建体。

23.根据权利要求22所述的种子,其油含量与对照植物的种子或对照种子相比增加,而蛋白质含量与对照植物的种子或对照种子相比没有降低。

24.植物,与对照植物相比,其种子中的油产生或油含量增加,而与对照植物相比,其种子中的蛋白质产生或蛋白质含量没有显著降低,其中所述植物:

25.用于生产植物的方法,所述植物的种子中的油产生或油含量与对照植物相比增加,而其种子中的蛋白质产生或蛋白质含量与对照植物相比没有显著降低,所述方法包括将前述任一权利要求的植物与另一植物杂交。

26.用于生产种子的方法,所述种子的油产生或油含量与对照植物相比增加,而油产生或油含量与对照植物相比没有显著降低,所述方法包括:

27.前述任一权利要求的植物或种子,或通过前述任一权利要求的方法生产的植物或种子,其中所述植物的种子或所述种子中的油产生或油含量增加至少1%。

28.前述任一权利要求的植物或种子,或通过前述任一权利要求的方法生产的植物或种子,其中所述植物的种子或所述种子中的蛋白质产生或蛋白质含量增加至少0.1%。

29.前述任一权利要求的植物或种子,或通过前述任一权利要求的方法生产的植物或种子,其中所述植物的种子或所述种子中的C18:0脂肪酸和C18:1脂肪酸中至少一种的比例增加,而C18:2脂肪酸和C18:3脂肪酸中至少一种的比例减少。

30.用于生产油的方法,所述方法包括从前述任一权利要求的植物的种子或前述任一权利要求的种子中提取油。

31.用于生产油的方法,所述方法包括根据前述任一权利要求生产植物或种子,从所述植物的种子或所述种子中提取油。

32.根据权利要求30至...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.用于提高植物种子中与对照植物相比的油产生,而与对照植物相比不显著降低植物种子中蛋白质产生的方法,所述方法包括:

2.用于生产与对照植物的种子或对照种子相比油含量增加且与对照植物的种子或对照种子相比蛋白质含量无显著降低的种子的方法,所述方法包括:

3.根据前述任一权利要求所述的方法,包括测量种子中的油产生或油含量的步骤。

4.根据前述任一权利要求所述的方法,包括测量种子中的蛋白质产生或蛋白质含量的步骤。

5.根据权利要求3或4所述的方法,其包括基于测量种子中油产生或油含量的增加以及种子中蛋白质产生或蛋白质含量的不降低来选择植物或种子的步骤。

6.根据权利要求3或4所述的方法,其包括基于测量种子中油产生或油含量的增加以及种子中蛋白质产生或蛋白质含量的增加来选择植物或种子的步骤。

7.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子中的油产生或油含量增加至少1%。

8.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子中的蛋白质产生或蛋白质含量增加至少0.1%。

9.根据前述任一权利要求所述的方法,其中植物种子的脂肪酸谱与对照植物或对照种子相比发生了改变。

10.根据权利要求9所述的方法,其中c18:0脂肪酸和c18:1脂肪酸中至少一种的比例增加,c18:2脂肪酸和c18:3脂肪酸中至少一种的比例减少。

11.根据前述任一权利要求所述的方法,其中所述油合成酶的表达来自编码所述油合成酶的多核苷酸。

12.根据权利要求11所述的方法,其中编码所述油合成酶的多核苷酸是包含与所述多核苷酸可操作地连接的启动子的构建体的一部分。

13.根据权利要求12所述的方法,其中所述启动子驱动所述多核苷酸的非种子偏好性表达。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法,其中用所述多核苷酸或所述构建体转化所述植物。

15.根据前述任一权利要求所述的方法,其中所述油包封蛋白的表达来自编码所述油包封蛋白的多核苷酸。

16.根据权利要求15所述的方法,其中编码所述油包封蛋白的多核苷酸是包含与所述多核苷酸可操作地连接的启动子的构建体的一部分。

17.根据权利要求16所述的方法,其中所述启动子驱动所述多核苷酸的非种子偏好性表达。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法,其中用所述多核苷酸或所述构建体转化所述植物。

19.通过前述任一权利要求所述的方法生产或选择的植物或种子。

20.根据权利要求19所述的植物的部分、繁殖体或后代。

21.根据权利要求20所述的部分,其是种子。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的植物、植物部分、繁殖体、后代或种子,其中所述植物转基因了编码油合成酶的多核苷酸或构建体或构建...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·柯伦G·布莱恩N·J·罗伯茨陈憨
申请(专利权)人:泽卡尔有限公司
类型:发明
国别省市:

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