精確育種制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種新的植物育種方法。該方法通過使用也在傳統(tǒng)育種中使用的遺傳材料來改善作物的農(nóng)藝性狀。不像在傳統(tǒng)育種中進(jìn)行的隨機(jī)有性重組整個(gè)基因組，而是在體外重排特定的遺傳元件并插回到單個(gè)的植物細(xì)胞中。通過這種新的植物育種方法獲得的植株不含有異源核酸，但是僅含有來自選作轉(zhuǎn)化的植物種或與所選植物種性親和植物的核酸。提供了通過這種新的植物育種方法開發(fā)的植物。特別地，提供顯示改善的塊莖貯藏和健康特性的馬鈴薯植株。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
精確育種本申請為2004年10月18日進(jìn)入中國國家階段、申請?zhí)枮?38086433、申請日為 2003年2月20日、專利技術(shù)名稱為“精確育種”的專利技術(shù)專利申請的分案申請。專利
本申請要求美國臨時(shí)申請序列號60/357，661和60/377，602的優(yōu)先權(quán)，其在這里引作參考。本專利技術(shù)涉及通過修飾植物基因組中特異的、熟知的DNA而提高植物的營養(yǎng)、健康和農(nóng)藝特性的方法。與傳統(tǒng)的植物育種相反，本專利技術(shù)的方法不會(huì)將未知的或有潛在毒性的基因引入到植物遺傳組成中。此外，本專利技術(shù)的方法與常規(guī)的遺傳工程策略不同，不將異源物種，即不能與將要通過遺傳工程修飾的植物交互可孕的植物的核酸摻入到植物的基因組中。通過本專利技術(shù)的植物育種方法開發(fā)的植株顯示改善的農(nóng)藝特性。本專利技術(shù)特別優(yōu)選的植株包括顯示改善了健康和塊莖貯藏特性的馬鈴薯，以及顯示提高了疾病和干旱耐受性的草坪草。背景典型地一直是通過傳統(tǒng)的植物育種或者遺傳工程來改善植物的農(nóng)藝特性。傳統(tǒng)的育種一般導(dǎo)致將未知的核酸從一種植物轉(zhuǎn)移到另一種植物。遺傳工程技術(shù)將異源核酸引入到植物基因組中，即DNA不是來源于植物或者不是來源于與將要通過遺傳工程修飾的植物天然交互可孕的植物。例如，遺傳工程將非植物核酸引入到植物基因組中。傳統(tǒng)的育種和遺傳工程策略兩者都產(chǎn)生含有不期望和不需要的遺傳物質(zhì)的植物基因組，得到的雜交的或轉(zhuǎn)基因的植物顯示不利的特性。可以證明這兩種策略的缺陷對轉(zhuǎn)基因植物是有害的，對食用這些產(chǎn)品的動(dòng)物和人也是有害的。傳統(tǒng)育種依賴于未知DNA的轉(zhuǎn)移植物育種一般依靠植物染色體的隨機(jī)重組以產(chǎn)生具有新的和改善特性的變種。因此，通過篩選從植物雜交獲得的眾多子代，育種者能夠鑒定出那些顯示期望特性，例如產(chǎn)量增加、活力增強(qiáng)、疾病和昆蟲抗性提高、或者在干旱條件下生存能力增強(qiáng)的植株。然而，傳統(tǒng)的育種方法是費(fèi)力和耗時(shí)的，而且新的變種一般僅僅顯示相對適度的改善。此外，傳統(tǒng)的植物育種一般導(dǎo)致將許許多多的未知基因轉(zhuǎn)移到植物基因組中。很可能那些轉(zhuǎn)移的基因中的一些編碼潛在的有害的變應(yīng)原，例如馬鈴薯塊莖蛋白、凝集素、殼多糖酶、蛋白酶、奇異果甜蛋白(thaumatin)樣蛋白、脂轉(zhuǎn)移蛋白、淀粉酶、胰蛋白酶抑制劑, 以及種子忙藏蛋白(Breiteneder 等，J Allergy Clin Tmmunol 106:27 — 36)。類似地，可能在毒素的生物合成中涉及漸滲基因，其中毒素包括山黛豆素 (lathyiOgens)、肼、芥子油苷和致甲狀腺腫物、香豆素、皂苷、生物堿、糖苷生物堿、生物胺、 酶抑制劑，如凝集素(血細(xì)胞凝集素)、胰蛋白酶抑制劑、鰲合底物如肌醇六磷酸和草酸、核糖毒素(ribotoxins)、抗微生物肽、氨基酸如β — N—草酰氨基一 L 一丙氨酸、蒼術(shù)苷、夾竹桃苷、紫杉醇，和異喹啉(Pokorny，Cas Lek Cesk 136 :267 — 70，1997)。通過努力“開發(fā)”以前沒有用作食物消費(fèi)的野生作物親屬的的遺傳多樣性，進(jìn)一步提高了意外地將這些毒物引入到人和動(dòng)物食物供應(yīng)品中的風(fēng)險(xiǎn)(Hoisington等，Proc Natl Acad Sci USA 96:5937 - 43,1999)。盡管傳統(tǒng)的植物育種能夠容易地將在不期望的抗?fàn)I養(yǎng)化合物中涉及的基因引入到糧食作物和植物中，但是其不能容易地將它們除去。例如，花了約15年時(shí)間通過滅活Lpa 基因減少谷物和水稻中有害的肌醇六磷酸水平(Raboy，J Nutr 132 :503S — 505S，2002)。 用長的時(shí)間框架來實(shí)現(xiàn)積極的結(jié)果是不實(shí)際的，特別是由于現(xiàn)在急切地需要更有效地和高效地提高糧食作物質(zhì)量的方法。最近才發(fā)現(xiàn)與抗?fàn)I養(yǎng)化合物的合成有關(guān)的基因的一個(gè)實(shí)例是多酚氧化酶(PPO)基因，其氧化某些酚類化合物產(chǎn)生象苯氧基自由基和醌衍生物那樣的致突變的、致癌的和細(xì)胞毒性試劑(Kagan等，Biochemistry 33 :9651 — 60,1994)。在植物如馬鈴薯的基因組中存在這個(gè)基因的多重拷貝，使得特別難于通過育種來減少PPO的活性。如果對它們的遺傳基礎(chǔ)知道得很少或者一無所知，那么甚至需要更多的時(shí)間來除去抗?fàn)I養(yǎng)化合物。例如，一直沒有將基因與在一些被加熱到160 V或者更高時(shí)的馬鈴薯中高濃度丙烯酰胺的累積相聯(lián)系，丙烯酰胺是一種烈性神經(jīng)毒素和誘變劑(Tareke等，J Agric Food Chem. 50 :4998 — 5006,2002)。因此在使用傳統(tǒng)育種的加工期間很難高效地開發(fā)新的能產(chǎn)生較少丙烯酰胺的馬鈴薯變種。因此，需要種植具有較低水平的這類危險(xiǎn)化合物，但是沒有使用未知或異源核酸的馬鈴薯和其它富含碳水化合物的食物，例如小麥。可在加工期間累積并且很難通過育種減少到最少或消除的其它抗?fàn)I養(yǎng)化合物包括美拉德反應(yīng)(Maillard — reaction)產(chǎn)物N —亞硝基一N — (3 —酮一1,2 — 丁二醇)一 3’ 一硝基酪胺(Wang 等，Arch Toxixol 70 :10 — 5，1995)，以及 5 —羥甲基一2 —糠醛 (Janzowski 等，F(xiàn)ood Chem Toxicol 38:801 — 9,2000)。一直沒有被很好地表征的另外的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也已知顯示誘變特性(Shibamoto，Prog Clin Biol Res 304 :359 — 76， 1989)。由于傳統(tǒng)的植物育種固有的不精確，要迅速地提高糧食作物中有益的營養(yǎng)化合物的水平同樣可能是困難的。例如，期望提高各種作物中“抗性淀粉”的水平(Topping等， Physiol Rev 81 :1031 — 64，2001 )。這種淀粉最終負(fù)責(zé)促進(jìn)免疫應(yīng)答，抑制潛在的病原體， 以及降低包括結(jié)腸直腸癌在內(nèi)的疾病的發(fā)病率(Brid等，Curr Issues Intest Microbiol I 25 - 37，2000)。然而，僅可得到的抗性淀粉水平增加的植株是象玉米突變株“amylose extender”,“dull”,和“sugary — 2”那樣低產(chǎn)量的變種。新的高抗性淀粉來源如馬鈴薯的產(chǎn)生將能夠?qū)⑦@種促進(jìn)健康的成分較廣泛地結(jié)合到飲食中。不能安全地操縱植物的基因型經(jīng)常導(dǎo)致使用外部的化學(xué)藥品以誘導(dǎo)期望的基因型。盡管眾多的育種程序延遲塊莖發(fā)芽，然而例如，買不到不用發(fā)芽抑制劑處理就可以貯藏?cái)?shù)月的馬鈴薯變種。后者，如異丙基一 N —氯苯基一氨基甲酸酯(CIPC)，與急性毒性和腫瘤發(fā)展有關(guān)聯(lián)，并可能以lmg/kg和5mg/kg之間的濃度存在于加工的馬鈴薯食品中。遺傳工程依賴于外源DNA的轉(zhuǎn)移遺傳工程可以用于修飾、產(chǎn)生或除去植物的某些特性。盡管在提高植物的營養(yǎng)價(jià)值和健康特征方面一直存在有限的進(jìn)步，但是絕大多數(shù)靶植物特性的改善促進(jìn)了容易栽培作物。因此，某些植物抵抗草苷膦除草劑，因?yàn)樗鼈兒屑?xì)菌的5 —烯醇丙酮酰莽草酸一 3—憐酸合成酶基因(Padgette 等，Arch Biochem Biophys. 258 :564 — 73,1987)。 類似地,遺傳工程已經(jīng)生產(chǎn)了抗昆蟲、抗病毒和抗真菌的植物變種(Shah等，Trends inBiotechnology 13 :362 — 368,1995 ；Gao 等，Nat Biotechnol. 18 1307 — 10, 2000 ；本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
修飾所選植物特性的方法，包括：a.用期望的多核苷酸穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化所選植物的細(xì)胞，其中所述的期望的多核苷酸基本上由所選植物、相同種植物或與所選植物性互交可孕的植物的天然核酸序列構(gòu)成，b.從所述轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞中獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的植物，其中所述的轉(zhuǎn)化植物含有穩(wěn)定地整合到基因組中的所述的期望的多核苷酸，其中所述的期望的多核苷酸修飾所述的特性。

【技術(shù)特征摘要】
2002.02.20 US 60/357,661;2002.05.06 US 60/377,6021.修飾所選植物特性的方法，包括 a.用期望的多核苷酸穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化所選植物的細(xì)胞，其中所述的期望的多核苷酸基本上由所選植物、相同種植物或與所選植物性互交可孕的植物的天然核酸序列構(gòu)成， b.從所述轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞中獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的植物，其中所述的轉(zhuǎn)化植物含有穩(wěn)定地整合到基因組中的所述的期望的多核苷酸，其中所述的期望的多核苷酸修飾所述的特性。2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括用在所述的植物細(xì)胞中短暫表達(dá)的選擇性標(biāo)記基因共轉(zhuǎn)染所述的植物細(xì)胞，鑒定轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞，從所述的轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞中獲得轉(zhuǎn)化植物，其中不穩(wěn)定地整合所述的選擇性標(biāo)記基因，并且將所述的期望的多核苷酸穩(wěn)定地整合到基因組中。3.權(quán)利要求I的方法，其中所述的植物是單子葉植物。4.權(quán)利要求3的方法，其中所述的單子葉植物從由小麥、草皮、草坪草、谷類植物、玉米、水稻、燕麥、小麥、大麥、高梁、蘭花、蝴蝶花、百合、洋蔥、香蕉、甘蔗、高梁、以及棕櫚構(gòu)成的組中選擇。5.權(quán)利要求I的方法，其中所述的植物是雙子葉植物。6.權(quán)利...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·M·T·羅門斯，J·葉，H·顏，K·M·M·斯沃爾茲，J·梅嫩德斯胡馬拉，L·W·布林克霍夫，C·里切爾，
申請(專利權(quán))人：J·R·西姆普羅特公司，
類型：發(fā)明
國別省市：