自繁殖的杂交植物制造技术

本发明专利技术公开了用于产生自繁殖的杂交植物的组合物和方法。组合物包括编码多核苷酸的抑制盒和导致生成所述MiMe二倍体配子表型组合物的启动子、以及可用于受精卵中的父本二倍体配子的基因组消除的抑制盒和表达盒。所述方法包括将第一植物与第二植物杂交，其中所述第一植物包含负责生成所述MiMe二倍体配子表型的第一抑制盒和表达活性CENH3突变体的第一表达盒，所述第二植物包含降低野生型CENH3的水平的第二抑制盒和包含在所述胚珠中特异性表达CENH3的多核苷酸的第二表达盒。所得子代植物的自体受精导致受精卵中雌性二倍体基因组的消除和胚乳的正常发育。另外还提供了用本发明专利技术所述方法产生的植物和种子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自繁殖的杂交植物
本专利技术涉及植物的遗传操作领域，特别是自繁殖的杂交植物的产生。
技术介绍
尽管全球植物育种计划已在开发抗病性、产量和其他有用性状有所提高的新品种方面取得了长足的进步，但育种作为一个整体，依赖于大量的植物筛选，以确定新的有利的特征。通常必须要用若干年种植和评估数量非常大的杂交子代，以便选择具有所需性状组合的一种或几种植物。植物育种者的持续目标是开发适合农艺的稳定、高产的品种。二倍体植物的标准育种通常需要对大量的植物进行筛选和回交，以获得所需的基因型。筛选大量子代的问题的一个解决方案是生成消除基因组异质性、从而消除任何性状分离的双单倍体植物。当经济和生物上可行时，通过采用与两个自交亲本的杂交体的杂种优势通常获得额外的收益。对于大豆的杂种优势研究，估计用杂交体可以使产量提高大约10％。然而，从来没有开发过杂交大豆，因为从雄性到雌性自交系的花粉流动非常贫乏。花粉引导是一个几乎没有(如果有的话)可用于大豆高批量杂交生产的解决方案的问题。然而，手工杂交可产生有限数量的杂交体数，借助自繁殖才可开始杂交大豆的批量生产。此外，目前的转基因渗入需要维护自交系和品种的转基因纯合性，这大大限制了天然和转基因性状堆叠的可能。然而，使用杂交植物可使通过提供来自每个亲本的单一副本来进行转基因堆叠容易得多。系统在生成自繁殖杂交体方面的可用性在植物育种和开发方面均具有价值。因此，通过自繁殖杂交生产可以在育种经济学方面获得显著改善，因为选择和其他工序的效率可以得到大幅度的提高。目前用于亲本特异性基因组消除的方法使植物几乎全部雄性不育，并且雌性繁殖力也非常低，从而难以进行杂交植物的繁殖。
技术实现思路
本专利技术提供了用于产生自繁殖杂交植物的组合物和方法。组合物包括编码多核苷酸的抑制盒和导致产生MiMe二倍体配子表型的启动子。还提供了包含抑制盒和表达盒的方法和组合物，它们导致受精卵中的父本二倍体配子的基因消除，从而产生自繁殖杂交植物。产生自繁殖的杂交植物的方法包括使第一植物与第二植物杂交，其中第一植物包含负责产生MiMe二倍体配子表型的第一抑制盒和表达活性CENH3突变体的第一表达盒，第二植物包含减少野生型CENH3水平的第二抑制盒和包含在胚珠中特异性表达CENH3的多核苷酸的第二表达盒。所得子代植物的自体受精导致受精卵中雌性二倍体基因组的消除和胚乳的正常发育。另外还提供了用本专利技术方法产生的植物和种子，特别是杂交植物和杂交种子。附图说明图1示出了设计用于激活杂交体中的无性繁殖、但仍保持父本自交系品种的正常有性繁殖的转基因系统。图2示出了设计用于激活杂交体中的无性繁殖、但仍保持父本自交系品种的正常有性繁殖的转基因系统的一个例子。T7聚合酶和Gal4DBD-VP16(或LexA)双组分激活系统是作为可能的反式激活因子的例子示出的，它们只有在一起引入到含这两种转基因盒的杂交体中激活amiRNA沉默元件时，才能激活自繁殖系统。图3示出了用于产生自繁殖的杂交植物的机制。图4示出了(左)来自拟南芥(Arabidopsis)转基因PHP47078的胚珠在发育的卵细胞阶段的四重标记的胚囊。这些标记的胚囊细胞允许对细胞发育和生存能力进行监测。(右)来自拟南芥转基因PHP42551的胚珠中的三重标记的胚囊。该胚囊处于球形胚阶段之前的早期胚胎发育阶段。可以看到许多胚乳核为青色，显示了遵循早期胚乳发育的能力。图5。显示MiMe表型的PHP51198T1小孢子(5A)和T2根细胞压片(5B)。显示的MiMe表型为DYAD小孢子发育，而不是四分孢子，并且是T2代中的四倍体，而不是二倍体。图6。4593的替代策略-自繁殖杂交体携带盒和2。在6A中，T7聚合酶(例如)驱动减数分裂基因的组成型抑制，产生未减数配子体。然后，Gal4DBD-VP16(例如)驱动性母细胞中CENH3的抑制，设定CENH3GFP-tailswap表达的阶段。然后，卵细胞启动子驱动卵细胞中CENH3GFP-tailswap的表达，导致第一次受精卵有丝分裂中雌性基因组的消除。在6B中，AT-DD65PRO和花粉PRO驱动中央细胞和花粉中的WTCENH3，其允许胚乳中的正常有丝分裂并防止胚乳中的基因组消除。图7。未显示MiMe表型的php51198T2拟南芥幼苗的有丝分裂传播的例子。早中期的两个核，每个显示染色体的二倍体数量(2n＝10个染色体)。染色体是DAPI-染色的。图8。MiMeT2拟南芥幼苗的有丝分裂传播的例子，显示多个阶段染色体的四倍体数目(4N＝20)。染色体是DAPI-染色的。8A-晚后期，8B-早末期和8C-末期。具体实施方式下文将结合附图更详细地描述本专利技术，附图中只显示了本专利技术的一些实施例，而非全部实施例。事实上，这些专利技术可以多种不同形式呈现，不应理解为受限于本文所述的实施例；相反，这些实施例提供的目的是使本专利技术满足适用的法律要求。类似的编号在全文中是指类似的要素。借助前面的描述和随附的附图中给出的教导，本专利技术所属领域的技术人员将会想到本专利技术的许多修改形式和其他实施例。因此，应当了解，本专利技术不限于所公开的特定实施例，并旨在将修改形式和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。虽然本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性含义使用而不出于限制目的。I.单性生殖单性生殖或通过种子进行的无性繁殖产生为母本遗传克隆体的子代。单性生殖需要来自一个父本配子的染色体的非减数分裂以及后续胚胎的孤雌发育。单性生殖可以提供保持作物中的杂种优势的机制。本专利技术涉及用于产生自繁殖杂交体的两种技术的组合。第一种技术为产生配子的基因组内容的非减数分裂或有丝分裂，而不是减数分裂(MiMe)的技术，如拟南芥中所显示(d′Erfurth，etal.，(2009).PLoSBiol7：e1000124(d′Erfurth等人，2009年，《公共科学图书馆—生物学》，第7卷，第e1000124页)。第二种技术具有在高频率下引起亲本特异性基因组消除的能力(CENH3GFP-tailswap)(RaviandChan，(2010)Nature464：615-618(Ravi和Chan，2010年，《自然》，第464卷，第615-618页))。如本文所用，“自繁殖杂交体”是指能够在自体受精后使杂合基因组永久保存在子代中的杂交植物。这些组分产生自繁殖植物的能力的证明在Marimuthu，etal.，(2011)Science331：876(Marimuthu等人，2011年，《科学》，第331卷，第876页)中示出。然而，该系统的效率很低，需要大量的修改才能变得在经济和生物上有效。具体地讲，由Marimuthu等人在2011年证明的该系统不通过单一植物系提供自保持无性系。相反，它依赖于两个不同系的杂交，其中每一代都使克隆延续，这会显著限制稳定杂交生产系统的优点。如本文所公开，假设Marimuthu论证的系统不提供胚乳的持续和可靠的产生。另外，基因组消除技术可以破坏一些减数分裂事件，而这是系统中观察到的非整倍体的潜在原因(Ravi，，(2011).Meiosis-SpecificLoadingoftheCentromere-SpecificHistoneCENH3inArabidopsisthaliana.PL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生自繁殖的杂交植物的方法，包括：a)获得第一植物，所述第一植物的基因组中包含第一抑制盒和第一表达盒，i)其中所述第一抑制盒包含至少一个第一沉默元件，其中所述第一沉默元件被所述自繁殖的杂交植物表达时，降低至少一个靶序列的水平，其中所述靶序列包含选自下列的成员：A)减数分裂第二次分裂减少的关键基因，B)减数分裂重组的关键基因，以及C)减数分裂染色体分离的关键基因，ii)其中所述第一表达盒包含编码活性着丝粒特异性突变型多肽的核酸分子，其中所述活性着丝粒特异性突变型多肽在所述自繁殖的杂交植物中表达；b)获得第二植物，所述第二植物的基因组中包含第二抑制盒和第二表达盒，i)其中所述第二抑制盒包含至少一个第二沉默元件，其中所述第二沉默元件被所述自繁殖的杂交植物表达时，降低野生型着丝粒特异性多肽或其同源物的水平；ii)其中所述第二表达盒包含编码野生型着丝粒特异性多肽或其同源物的核酸分子，其中所述着丝粒特异性多肽在所述自繁殖的杂交植物中表达；以及c)将所述第一植物与所述第二植物杂交，从而生成所述自繁殖的杂交植物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.15 US 61/475,9471.一种产生自繁殖的杂交植物的方法，包括：a)获得第一植物，所述第一植物的基因组中包含第一抑制盒和第一表达盒，i)其中所述第一抑制盒包含至少一个第一沉默元件，其中所述第一沉默元件被所述自繁殖的杂交植物表达时，降低至少一个靶序列的水平，其中所述靶序列包含选自下列的成员：A)Osd1，B)Spo11-1，以及C)Rec8，ii)其中所述第一表达盒包含编码活性着丝粒特异性突变型多肽的核酸分子，其中所述活性着丝粒特异性突变型多肽在所述自繁殖的杂交植物中表达；b)获得第二植物，所述第二植物的基因组中包含第二抑制盒和第二表达盒，i)其中所述第二抑制盒包含至少一个第二沉默元件，其中所述第二沉默元件被所述自繁殖的杂交植物表达时，降低野生型着丝粒特异性多肽的水平；ii)其中所述第二表达盒包含编码野生型着丝粒特异性多肽的核酸分子，其中所述野生型着丝粒特异性多肽在所述自繁殖的杂交植物中表达；以及c)将所述第一植物与所述第二植物杂交，从而生成所述自繁殖的杂交植物，其中所述活性着丝粒特异性突变型多肽是指以下多肽：当它在野生型着丝粒特异性多肽被敲除或灭活的植物中表达时，形成活的植物，当该活的植物与野生型植物杂交时，以高于正常频率的频率产生单倍体子代。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表达盒包含编码活性着丝粒特异性突变型多肽的核酸分子，其中所述活性着丝粒特异性突变型多肽选自：CENH3的片段或变体、CENH3-tailswap、CENPC、MCM21、MIS12、NDC80、NUF2，其中所述CENH3的片段或变体为活性CENH3突变体。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表达盒包含编码活性着丝粒特异性突变型多肽的核酸分子，其中所述活性着丝粒特异性多肽为CENH3-tailswap。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表达盒还包含可操作连接到编码活性着丝粒特异性突变型多肽的所述核酸分子上的组织特异性启动子。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述组织特异性启动子为胚珠特异性启动子。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述胚珠特异性启动子为用于BEL1基因的胚珠特异性启动子。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二抑制盒还包含可操作连接到所述第二沉默元件上的第一诱导型启动子，其中所述第一诱导型启动子驱动所述第二沉默元件在所述自繁殖的杂交植物中的表达。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一诱导型启动子选自：a)T7启动子，b)4XUAS启动子，和c)LexA操纵子。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一诱导型启动子由反式激活因子A特异性诱导；其中所述第一植物还包含第三表达盒，所述第三表达盒包含可操作连接到编码反式激活因子A的核酸分子上的第一反式激活因子启动子；并且其中所述反式激活因子A诱导所述第一诱导型启动子并驱动所述第二沉默元件在所述自繁殖的杂交植物中的表达。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述反式激活因子A选自：a)T7聚合酶，b)Gal4DBD-VP16，和c)LexA-激...

【专利技术属性】
技术研发人员：SJ拉维特，
申请(专利权)人：先锋国际良种公司，
类型：
国别省市：