用于改善小花育性和种子产量的方法技术
本发明专利技术涉及用于修饰同源结构域‑亮氨酸拉链(HD‑Zip)转录因子的组合物和方法，所述转录因子调节植物中的小花育性、种子数量和/或种子重量。本发明专利技术进一步涉及使用本发明专利技术的方法和组合物产生的植物。
本专利技术涉及用于修饰同源结构域-亮氨酸拉链(homeodomain-leucine zipper,hd-zip)转录因子的组合物和方法，所述转录因子调节植物中的小花育性、种子数量和/或种子重量。本专利技术进一步涉及使用本专利技术的方法和组合物产生的植物。
1、小花育性是产量的关键组成部分，可以直接影响单株的种子数或粒数。谷类作物的常见性状是不育小花，在玉米中每小穗有一个不育小花，在硬粒小麦和面包小麦中有不同数量的不育侧生小花。这一性状被认为是可能有助于作物祖先物种中谷粒分散的祖先和不育小花。在诸如小麦和大麦等小粒谷物中，增加的小花育性是增加粒数和总产量的驯化目标。在大麦和小麦中，与小花育性相关的几个基因已被很好地表征，其中一些是通过天然变异的研究鉴定的，其它是通过诱变方法鉴定的。然而，这些直向同源物在包括玉米在内的其它物种中的功能是未知的。
1、...
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种植物或其部分，其在编码hd-zip转录因子的内源性同源结构域-亮氨酸拉链(hd-zip)转录因子基因中包含至少一个突变。
2.根据权利要求1所述的植物或其部分，其中所述hd-zip转录因子是hd-zip i型(hd-zip i)转录因子。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的植物或其部分，其中所述hd-zip i转录因子调节小花育性、种子数目(例如粒数)和/或种子重量(例如粒重)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的植物或其部分，其中所述hd-zip i转录因子是六棱刺突1(six-rowed spike 1,vrs1)转录因子。
5.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述植物是单子叶植物或双子叶植物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述至少一个突变是显性阴性突变、半显性突变、弱功能丧失突变、亚效突变或无效突变，任选地其中所述突变是显性阴性突变。
7.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述hd-zip转录因子基因位于2号染色体和/或7号染色体上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述内源性hd-zip转录因子基因：
9.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述hd-zip转录因子基因包含同源结构域(hd)，所述同源结构域：(a)与seq id no：75或seq id no：76的核苷酸序列或其区域具有至少80％序列同一性，所述区域与seq id no：77、78、79或80的核苷酸序列中的任何一个或多个具有至少80％的序列同一性，或(b)编码与seq id no：81或seq idno：82的氨基酸序列或其区域具有至少80％序列同一性的多肽，所述区域与seq id no：83或seq id no：84的氨基酸序列中的任何一个具有至少80％序列同一性。
10.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述至少一个突变是碱基置换、碱基缺失和/或碱基插入。
11.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述至少一个突变包括对a、t、g或c的碱基取代。
12.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述至少一个突变是至少一个碱基对的取代。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的植物或其植物部分，其中编码hd-zip转录因子的内源性基因中的所述至少一个突变包括碱基缺失。
14.根据权利要求10或权利要求13所述的植物或其植物部分，其中所述碱基缺失包括框内缺失。
15.根据权利要求10、13或14中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基缺失包括所述hd-zip转录因子基因的全部或部分缺失(例如，参考seq id no：72的核苷酸位置编号而言从位置420至位置572和/或参考seq id no：69的核苷酸位置编号而言从位置629至位置781的至少一个核苷酸的缺失)。
16.根据权利要求10或13-15中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基缺失包括参考seq id no：72的核苷酸位置编号而言从位置522至位置572和/或参考seq id no：69的核苷酸位置编号而言从位置731至位置781的三个或更多个连续核苷酸的缺失。
17.根据权利要求10或13-16中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基缺失导致所述hd-zip转录因子的一个或多个氨基酸残基的缺失(例如，seq id no：81或seq idno：82的至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50或51个氨基酸残基的缺失)。
18.根据权利要求10或13-17中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基缺失导致所述hd-zip转录因子的参考seq id no：74的氨基酸位置编号而言从残基61至残基111、从残基66至残基111或从残基89至残基111和/或参考seq id no：71的氨基酸位置编号而言从残基65至位置115、从残基70至残基115或从残基93至残基115的一个或多个氨基酸残基的缺失。
19.根据权利要求10-12中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基取代导致氨基酸取代。
20.根据权利要求10-12或19中任一项所述的植物或其植物部分，其中所述碱基取代是位于参考seq id no：72的核苷酸位置编号而言核苷酸位置535处和/或参考seq id no：69的核苷酸位置编号而言核苷酸位置744处的t>c(gtc>gcc)。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的植物或其部分，其中所述氨基酸取代是位于参考seq id no：74的氨基酸位置编号而言位置99和/或参考seq id no：71的氨基酸位置编号而言位置103处的氨基酸残基的取代。
22.根据权利要求19到21中任一项所述的植物或其部分，其中所述氨基酸取代为缬氨酸(v)取代成丙氨酸(a)(v>a)。
23.根据权利要求19-22中任一项所述的植物或其部分，其中所述氨基酸取代破坏所述hd-zip转录因子与dna的结合。
24.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述植物是玉米、大豆、油菜、小麦、水稻、棉花、甘蔗、甜菜、大麦、燕麦、苜蓿、向日葵、红花、油棕、芝麻、椰子、烟草、土豆、红薯、木薯、咖啡、苹果、李子、杏、桃、樱桃、梨、无花果、香蕉、柑橘、可可、鳄梨、橄榄、杏仁、胡桃、草莓、西瓜、胡椒、葡萄、番茄、黄瓜、黑莓、覆盆子、黑树莓或芸苔属的某些种。
25.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述植物是玉米。
26.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述至少一个突变为非天然突变。
27.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中所述至少一个突变导致突变的hd-zip转录因子基因，所述突变的hd-zip转录因子基因包含与seq id no：91、92、94、95、97、98、100、101、103、104、106、107、109、110、112、113、115、116、118、119、121或122中的任何一个具有至少90％序列同一性的序列，任选地，其中所述突变的基因hd-zip转录因子产生与seq id no：93、96、99、102、105、108、111、114、117、120或123中的任何一个具有至少90％序列同一性的突变的hd-zip转录因子多肽，任选地，其中所述植物或其部分表现出增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型。
28.根据前述权利要求中任一项所述的植物或其部分，其中包含所述至少一个突变的所述植物或其部分表现出增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型。
29.一种包含编辑系统的植物细胞，所述编辑系统包含：
30.根据权利要求29所述的植物细胞，其中所述hd-zip转录因子是hd-zip i转录因子，任选地为六棱刺突1(vrs1)转录因子。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的植物细胞，其中编码hd-zip i转录因子的所述内源性靶基因：
32.根据权利要求29-31中任一项所述的植物细胞，其中所述引导核酸包含seq id no：85-90中的任何一个的核苷酸序列(例如，间隔区序列)。
33.根据权利要求29-32中任一项所述的植物细胞，其中所述植物细胞是玉米植物细胞。
34.一种植物，其从权利要求1至28中任一项的植物部分或权利要求29至33中任一项的植物细胞再生而来。
35.根据权利要求34所述的植物，其中所述植物包含突变的hd-zip i转录因子基因和/或突变的hd-zip转录因子多肽，所述突变的hd-zip i转录因子基因包含与seq id no：91、92、94、95、97、98、100、101、103、104、106、107、109、110、112、113、115、116、118、119、121或122中的任何一个具有至少90％序列同一性的序列，所述突变的hd-zip转录因子多肽与eqid no:93、96、99、102、105、108、111、114、117、120或123中的任何一个具有至少90％序列同一性，任选地，其中所述突变是非天然突变。
36.根据权利要求34或35所述的植物，其中所述植物表现出增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型。
37.一种植物细胞，其在hd-zip i转录因子基因的dna结合位点中包含突变，所述突变防止或减少所述编码的hd-zip i转录因子与dna的结合，其中所述突变是使用编辑系统引入的取代、插入和/或缺失，所述编辑系统包含与所述hd-zip转录因子基因中的靶位点结合的核酸结合结构域，其中所述hd-zip i转录因子基因：
38.根据权利要求34所述的植物细胞，其中所述hd-zip i转录因子基因编码六棱刺突1(vrs1)转录因子。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的植物细胞，其中所述编辑系统还包含核酸酶，且所述hd-zip i转录因子基因内的所述至少一个突变是在被所述核酸酶切割后产生的。
40.根据权利要求39所述的植物细胞，其中所述核酸酶是锌指核酸酶、转录激活因子样效应核酸酶(talen)、核酸内切酶(例如fok1)或crispr-cas效应蛋白。
41.根据权利要求37-40中任一项所述的植物细胞，其中所述编辑系统的所述核酸结合结构域来自多核苷酸引导的核酸内切酶，crispr-cas核酸内切酶(例如crispr-cas效应蛋白)、锌指核酸酶、转录激活因子样效应核酸酶(talen)和/或argonaute蛋白。
42.根据权利要求37-41中任一项所述的植物细胞，其中所述突变是所述内源性hd-zipi转录因子的dna结合结构域的全部或部分缺失，任选地，其中所述缺失是框内缺失。
43.根据权利要求37-41中任一项所述的植物细胞，其中所述至少一个突变包括向a、t、g或c的碱基取代，任选地其中所述碱基取代导致氨基酸取代。
44.根据权利要求37-43中任一项所述的植物细胞，其中所述靶位点位于所述内源性hd-zipi转录因子基因的区域内，所述区域与seq idno：75-80的核苷酸序列中的任何一个具有至少80％的序列同一性，和/或所述区域编码与seq id no：81-84的任一序列具有至少80％序列同一性的氨基酸序列。
45.根据权利要求37-43中任一项所述的植物细胞，其中所述植物细胞是来自以下植物的细胞：玉米、大豆、油菜、小麦、水稻、棉花、甘蔗、甜菜、大麦、燕麦、苜蓿、向日葵、红花、油棕、芝麻、椰子、烟草、土豆、红薯、木薯、咖啡、苹果、李子、杏、桃、樱桃、梨、无花果、香蕉、柑橘、可可、鳄梨、橄榄、杏仁、胡桃、草莓、西瓜、胡椒、葡萄、番茄、黄瓜、黑莓、覆盆子、黑树莓或芸苔属的某些种，任选地，其中所述植物细胞是玉米植物细胞。
46.根据权利要求37-45中任一项所述的植物细胞，其中hd-zip i转录因子基因中的所述至少一个突变是非天然突变。
47.根据权利要求37-46中任一项所述的植物细胞，其中所述植物细胞包含突变的hd-zip i转录因子基因和/或突变的hd-zip转录因子多肽，所述突变的hd-zip i转录因子基因与seq id no：91、92、94、95、97、98、100、101、103、104、106、107、109、110、112、113、115、116、118、119、121或122的核苷酸序列中的任何一个具有至少90％序列同一性，所述突变的hd-zip转录因子多肽与eq id no:93、96、99、102、105、108、111、114、117、120或123中的任何一个具有至少90％序列同一性。
48.一种植物，其从权利要求37-47中任一项的植物细胞再生而来，其中所述植物表现出增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型。
49.一种包含突变的hd-zip i转录因子基因的植物或其部分，所述基因与seq id no：91、92、94、95、97、98、100、101、103、104、106、107、109、110、112、113、115、116、118、119、121或122中任何一个的核苷酸序列具有至少90％序列同一性。
50.一种包含突变的hd-zip转录因子多肽的植物或其植物部分，所述多肽编码eq idno:93、96、99、102、105、108、111、114、117、120或123中任何一个的氨基酸序列。
51.根据权利要求48-50中任一项所述的植物或植物部分，其中所述植物或植物部分是玉米。
52.一种提供具有增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的多个植物的方法，所述方法包括在生长区域中种植权利要求1-28、34-36或48-51中任一项的两个或更多个植物，从而提供与不包含所述突变的多个对照植物相比具有增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的多个植株。
53.一种生产/培育无转基因的基因组被编辑的植物的方法，所述方法包括：
54.一种在植物的内源性hd-zip i转录因子基因中产生突变的方法，所述方法包括：
55.一种在hd-zip i转录因子基因中产生变异的方法，所述方法包括：
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述hd-zip i转录因子基因：
57.根据权利要求55或权利要求56所述的方法，其中所述hd-zip i转录因子基因的被靶向的区域与seq id no：75-80的核苷酸序列中的任何一个具有至少80％的序列同一性。
58.根据权利要求55-57中任一项所述的方法，其中使所述植物细胞中的内源性hd-zipi转录因子基因的所述区域与所述编辑系统接触产生在其基因组中包含经编辑的内源性hd-zip i转录因子基因的植物细胞，所述方法还包括(a)从所述植物细胞再生植物；(b)使所述植物自交以产生后代植物(e1)；(c)测定(b)的所述后代植物的增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型；和(d)选择与对照植物相比具有增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型的后代植物。
59.根据权利要求58所述的方法，所述方法还包括：(e)使(d)的所选后代植物自交以产生后代植物(e2)；(f)测定(e)的所述后代植物的增加的小花育性、增强的种子数量、增强的种子重量、增强的花器官尺寸、增强的穗宽和/或增加的穗长；和(g)选择与对照植物相比表现出增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽和/或增加的穗长的表型的后代植物，任选地再重复(e)至(g)一次或多次。
60.一种检测植物中的突变hd-zip i转录因子基因(内源性hd-zip i转录因子基因中的突变)的方法，其包括在所述植物的基因组中检测在与seq id no：75-80的核苷酸序列中的任何一个具有至少80％序列同一性的区域内具有至少一个突变的hd-zip i转录因子基因。
61.根据权利要求57-60中任一项所述的方法，其中所检测的所述突变hd-zip i转录因子基因包含与seq id no：91、92、94、95、97、98、100、101、103、104、106、107、109、110、112、113、115、116、118、119、121或122中的任何一个具有至少90％序列同一性的核酸序列。
62.一种编辑植物细胞基因组中的特定位点的方法，所述方法包括：以位点特异性方式切割所述植物细胞中内源性hd-zip i转录因子基因内的靶位点，所述内源性hd-zip i转录因子基因：
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述编辑位于与seq id no：75-80中的任何一个具有至少80％同一性的连续核苷酸区域中。
64.根据权利要求62或权利要求63所述的方法，所述方法还包括从包含所述内源性hd-zip i转录因子基因中的所述编辑的植物细胞再生植物，以产生在其内源性hd-zip转录因子基因中包含所述编辑的植物。
65.根据权利要求62-63中任一项所述的方法，其中与不包含所述编辑的对照植物相比，在其内源性hd-zip i转录因子基因中包含所述编辑的所述植物展示增加的小花育性、增加的种子数量、增加的种子重量、增加的花器官尺寸、增加的穗宽度和/或增加的穗长度。
66.根据权利要求62-65中任一项所述的方法，其中所述编辑导致所述内源性hd-zip i转录因子基因中的突变，产生具有降低的dna结合的hd-zi...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·米勒，D·奥康纳，
申请(专利权)人：成对植物服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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网址: 用于改善小花育性和种子产量的方法技术 https://m.huajiangbk.com/newsview2044166.html
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