改变植物中碳水化合物含量的方法技术

在此描述了改变植物组织中的至少一种碳水化合物的方法。该方法典型地应用于甘蔗属的一种甘蔗植物并且包括向一种植物细胞中插入一种基因沉默盒的步骤，该基因沉默盒包括可操作地连接到转录元件(如一个单子叶植物启动子)上的核酸，这些转录元件用于在植物细胞中转录该核酸，其中该核酸的转录降低了UMP合成酶的活性。该方法进一步包括从该植物细胞再生一种转基因植物并且产生具有增加的碳水化合物含量的组织的步骤。还描述了为此使用的载体、连同一种转化的植物细胞以及含有或源于一种转化的植物细胞的一种转基因植物或植物部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种改变植物组织中至少一种碳水化合物的方法、为此使用的一种载体、以及含有该载体的一种转化的植物细胞、植物部分或转基因植物。
技术介绍
蔗糖(主要从甘蔗中得到)是一种主要的人类食品并且是一种用于生产燃料乙醇的重要原料。蔗糖的商业化生产因此可以得益于作物中蔗糖含量的增加或甘蔗产量的增力口。由于增加甘蔗的蔗糖含量导致了在相关的生产成本相对小的增加下蔗糖产量的增加，蔗糖含量的增长被视为比相应的甘蔗产量的增加更有经济效益。这意味着增加蔗糖含量已经成为使用基于生物技术的方法的甘蔗育种计划和转基因研究的一个重要目标。用于增加作物的还原碳或氮含量的多种基于生物技术的方法是针对于增加目标产物的直接前体的浓度(Sonnewald等人，1997 ;Stark等人，1992),这些方法倾向集中于增加有关代谢产物的浓度，然而还未曾导致贮藏器官中目标代谢产物的显著增加。因此存在着一种用于改变作物(如甘蔗)的碳水化合物含量的替代方法、以及对于具有相对更高的蔗糖含量的作物(如甘蔗)的需要。专利技术目的本专利技术的一个目的在于提供一种改变植物的至少一种碳水化合物的含量的方法。专利技术概述根据本专利技术，提供了一种增加一个或多个植物细胞中至少一种碳水化合物含量的方法，该方法包括抑制这一个或多个植物细胞中的UMP合成酶(UMPS)活性。在一些实施方案中，抑制UMPS活性的方法将包括向一个或多个植物细胞中插入至少一个基因沉默盒的步骤。表达这一个或多个基因沉默盒由此导致了降低的UMP合成酶活性以及至少一种碳水化合物(例如蔗糖)的含量增加。降低的UMPS活性可以发生于不同的机制(参见例如以下关于用于降低UMPS的表达的方法的详细说明中的讨论)。在一些实施方案中，将一个或多个基因沉默盒插入到一个细胞群(例如一种愈伤组织)中。在一些实施方案中，从如以上所述产生的一个或多个植物细胞再生了一种转基因植物。植物组织和植物部分(例如种子、贮藏器官等)可以从该植物中收获。在一些实施方案中，具有增加含量的至少一种碳水化合物的植物组织是从如以上所述转化的一个或多个植物细胞产生的。这可以任选地包括从一个或多个转化植物细胞再生一种转基因植物。术语“组织”在此是在广义上使用的并且包括对于细胞聚集体的引用。组织的细胞可以是分化的或未分化的。在一些实施方案中，这些细胞可以具有类似的结构和/或功能。在一些实施方案中，这些细胞可以被专门化以执行特定的功能。在一个实施方案中，该组织是一种愈伤组织。在一些实施方案中，将一个或多个植物细胞用一个或多个基因沉默盒来转化，这些基因沉默盒包括可操作地连接到一个或多个转录元件上的核酸，这些转录元件用于转录该核酸，其中该核酸的转录降低了 UMP合成酶的活性。、任选地，该核酸包括(并且任选地组成为)以下中的一种或多种⑴一个UMPS ORF的反义序列(例如SEQ ID NO I的核苷酸序列)、或其一部分(例如该序列的至少 10、15、20、25、30、40、50、70、100、150、200、300、400、500、600、700 个核苷酸)，(ii)与一个UMPS ORF的反义序列(例如SEQ ID NO I)或其一部分至少80%、85%、90%、95%、或99%类似的一个核苷酸序列，(iii) 一个UMPS ORF的正义序列(例如SEQ ID NO 2的核苷酸序列)、或其一部分，(iv)与一个UMPS ORF的正义序列(例如SEQ ID NO 2)或其一部分至少80%、85%、90%、95%、或99%类似的一个核苷酸序列， (V) (a)如以上的⑴或(ii)，以及(b)如以上的(iii)或(iv)，任选地具有(a)与(b)之间的一个可剪接的内含子序列，并且其中该可剪接的内含子序列的长度优选是至少是70bp或74bp，优选长度是至少100bp、200bp、300bp、400bp、450bp、或500bp，并且更优选长度是至少74bp。在至少一些实施方案中，该UMPS ORF相应于转化的植物细胞的UMPS0RF。因此，例如，当该植物细胞是一种甘蔗植物细胞时，该UMPS ORF是甘蔗的ORF并且因此例如根据以上的(i)，该核酸包括甘蔗UMPS ORF的反义序列、或其一部分。在一些实施方案中，可以将两个或更多个基因沉默盒插入到一个或多个植物细胞中，例如第一基因沉默盒具有根据以上(i)或(ii)的核酸，并且第二基因沉默盒具有根据以上(iii)或(iv)的核酸。因此，构想了这样的实施方案，其中正义和反义分子是从单个的或分离的基因沉默盒来表达的。这些分子可以用于双链RNA干扰，由此一个正义RNA分子和一个完全或部分地与一个UMPS基因的正义RNA分子互补的反义RNA分子表达于相同的植物细胞中，导致了相应的编码UMPS的内源mRNA的表达抑制。在一些实施方案中，这一个或多个转录元件包括一个启动子、任选地一个单子叶植物启动子(例如一个UBI启动子)。在一些实施方案中，这至少一种碳水化合物是选自下组，该组由以下各项组成蔗糖、淀粉、葡萄糖、以及果糖。在一些实施方案中，该方法导致了淀粉和蔗糖两者以及任选地一种或多种另外的碳水化合物(例如葡萄糖)的含量增加。在一些实施方案中，该植物是一种贮存糖的植物，任选地选自下组，包括甘蔗、高粱、以及甜菜。在一些实施方案中，该植物是甘蔗属，任选地是甘蔗。通过以上所述的方法得到的或可得到的植物细胞、植物组织、植物和植物部分(例如种子、贮藏器官、甘蔗)被包括在本专利技术的范围之内。根据本专利技术，进一步提供了一种载体，该载体包括用于降低植物细胞中的UMPS活性的一个或多个基因沉默盒。在一些实施方案中，该载体是一种RNAi载体。在一些实施方案中，这一个或多个基因沉默盒包括可操作地连接到一个或多个转录元件上的核酸，这些转录元件用于转录该核酸，其中该核酸的转录降低了 UMP的活性。任选地，该核酸包括(并且任选地组成为)以下中的一种或多种(i) 一个UMPS ORF的反义序列(例如SEQ ID NO I的核苷酸序列)、或其一部分(例如该序列的至少 10、15、20、25、30、40、50、70、100、150、200、300、400、500、600、700 个核苷酸)，(ii)与一个UMPS ORF的反义序列(例如SEQ ID NO I)或其一部分至少80%、85%、90%、95%、或99%类似的一个核苷酸序列，(iii) 一个UMPS ORF的正义序列(例如SEQ ID NO 2的核苷酸序列)、或其一部分，(iv)与一个UMPS ORF的正义序列(例如SEQ ID NO 2)或其一部分至少80%、85%、90%、95%、或99%类似的一个核苷酸序列， (V) (a)如以上的⑴或(ii)，以及(b)如以上的(iii)或(iv)，任选地具有(a)与(b)之间的一个可剪接的内含子序列，并且其中该可剪接的内含子序列的长度优选是至少是70bp或74bp，优选长度是至少100bp、200bp、300bp、400bp、450bp、或500bp，并且更优选长度是至少74bp。在一些实施方案中，这一个或多个转录元件包括一个启动子、任选地一个单子叶植物启动子(例如一个UBI启动子)。在一些实施方案中，这至少一种碳水化合物是选自下组，该组由以下各项组成蔗糖、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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G博塞恩吉博塞恩吉，J科斯曼，
申请(专利权)人：斯泰伦博斯大学，南非甘蔗研究所，
类型：发明
国别省市：