用于控制植物的雄性能育性的方法，其包括調節植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性。所述phasiRNA選自21?nt?phasiRNA和24?nt?phasiRNA。從而使植物的雄性能育性提高或降低。優選地，植物為單子葉植物并且變成雄性不育。還提供了所得的雄性不育植物及其用途。
Regulatory non coding RNA as a determinant of male sterility in grasses and other plants
A method for controlling the male fertility of plants, which includes the regulation of the biological activity of phasiRNA in male reproductive organs of plants. The phasiRNA is selected from 21 phasiRNA and 24 NT NT phasiRNA. So that the male fertility of plants can be increased or decreased. Preferably, the plant is a single leaf plant and becomes male sterile. Male sterile plants and their uses are also provided.
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請要求2013年10月11日提交的美國臨時申請No.61/889,587的權益，其內容整體并入本文用于所有目的。
本專利技術一般性涉及植物遺傳工程，特別是使用相位型小RNA(phasedsmallRNA，phasiRNA)以控制植物的雄性能育性(malefertility)。
技術介紹
多種小RNA存在于動物和植物的雄性生殖細胞中。在動物中，PIWI蛋白及其相互作用piRNA是精子發生所需的；PIWI編碼基因缺陷的突變體無法產生成熟精子。雖然大多數果蠅(Drosophila)piRNA是重復衍生的并且使轉座因子(TE)沉默，但是哺乳動物piRNA主要定位于獨特的基因間區域，并且在生殖腺發育期間具有雖不明確但重要的作用。根據其表達時間、不同的大小和有區別的PIWI伴侶，哺乳動物piRNA進一步分為前粗線期(pre-pachytene)或粗線期。考慮到睪丸中發育階段的連續體(continuum)，前粗線期類是無細胞已經到達粗線期的生殖腺的特征，而粗線期相關小RNA是大多數晚期種系細胞已經到達此減數分裂階段的生殖腺的特征，并且生殖腺的更不成熟區中還存在所有先前的階段。在有花植物中，花藥等同于哺乳動物的睪丸，其由支持減數分裂前、減數分裂和減數分裂后單倍體細胞所需的多種類型的體細胞所組成。然而，不同于哺乳動物生殖腺的連續體，完整的花藥歷經順序的發育界標(developmentallandmark)，并且在玉米中，器官內的減數分裂是同步的。植物與動物之間的第二主要差異是，植物的單倍體減數分裂產物為小孢子，其經過有絲分裂以產生三細胞配子體。配子體細胞中的兩個是精子——后續參與雙受精——而第三個細胞是具有代謝活性的單倍體營養細胞。與其哺乳動物對應物類似，植物種系也包含重復和不重復衍生的小RNA。在擬南芥(Arabidopsis)花粉中，在營養核中表達的TE衍生小干擾RNA(siRNA)轉移至精子核后增強沉默。此外，稻花序則由非重復區產生21-和24-nt相位型次級siRNA(phasiRNA)。通過22-nt微RNA(miRNA)切割其前體是產生許多植物次級siRNA的一個關鍵步驟。在禾本科植物(grass)phasiRNA的情況下，其mRNA前體——“PHAS”轉錄物——經由RNA聚合酶II轉錄、被加帽且聚腺苷酸化。這些長非編碼前體轉錄物經內部切割，由22-ntmiR2118指導產生21-ntphasiRNA，或者由miR2275指導產生24-ntphasiRNA(圖1A)。RNA依賴的RNA聚合酶6(RDR6)識別這些轉錄物之經切割、未加帽的3’片段并合成第二鏈，從而形成雙鏈RNA。后續通過Dicer-Like4(DCL4)和Dicer-Like5(DCL5)加工分別產生21-和24-ntphasiRNA。這兩種dicer均表現出順序剪接活性，在miRNA結合位點第11個核苷酸處精確地開始。這一活性產生來自各PHAS前體之規則間隔的相位型siRNA群。盡管植物缺少結合piRNA的PIWI進化枝ARGONAUTE，但是植物Argonaute(AGO)家族具有廣泛的多樣化，并且存在植物特異性AGO蛋白質。MeiosisArrestedAtLeptotene1(MEL1)(擬南芥AGO5的稻同源物)主要定位于減數分裂前之細胞的細胞質。近來，MEL1示出選擇性結合21-ntphasiRNA。mel1喪失功能突變體具有停滯在減數分裂早期的異常絨氈層和畸變花粉母細胞(PMC，減數分裂開始前的最終分化狀態)，表明21-ntphasiRNA對雄性能育性至關重要。雄性不育植物(malesterileplant)可用于產生期望的雜種種子(hybridseed)，以開發植物品種并且提高農作物產量。但仍需要有效地控制植物雄性能育性的方法。
技術實現思路
本專利技術提供了用于控制植物的雄性能育性的方法。所述方法包括調節植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性。所述phasiRNA選自21-ntphasiRNA和24-ntphasiRNA。從而使植物的雄性能育性提高或降低。所述植物優選地為單子葉植物，例如玉米。所述方法還可包括調節雄性生殖器官的細胞中phasiRNA的表達。從而使所述phasiRNA的生物活性提高或降低。所述方法還可包括調節雄性生殖器官的細胞中phasiRNA之mRNA前體(PHAS)的表達、能夠切割PHAS以產生phasiRNA之22-nt微RNA(miRNA)的表達或者能夠調節所述植物中phasiRNA表達之輔助蛋白(facilitatingprotein)的表達。從而使phasiRNA的表達提高或降低。所述方法還可包括向雄性生殖器官的細胞中引入有效量的核酸分子，所述核酸分子對phasiRNA、mRNA前體(PHAS)或22-nt微RNA(miRNA)具有拮抗性。從而使phasiRNA、mRNA前體(PHAS)或22-nt微RNA(miRNA)的表達提高或降低。所述方法還可包括調節雄性生殖器官的細胞中RNA依賴的RNA聚合酶6(RDR6)的表達。從而使mRNA前體(PHAS)的表達提高或降低。在一些實施方案中，所述phasiRNA為21-ntphasiRNA，所述22-ntmiRNA為miR2118，并且所述輔助蛋白選自dicer蛋白和Argonaute(AGO)蛋白。所述dicer蛋白可為DICER-LIKE4(DCL4)。所述Argonaute(AGO)蛋白可為AGO5相關蛋白。例如，所述植物可為稻，并且所述AGO5相關蛋白可為MeiosisArrestedAtLeptotene1(MEL1)。在另一些實施方案中，所述phasiRNA為24-ntphasiRNA，所述22-ntmiRNA為miR2275，并且所述輔助蛋白選自dicer蛋白和Argonaute(AGO)蛋白。所述dicer蛋白可為DICER-LIKE5(DCL5)。所述Argonaute(AGO)蛋白可為AGO18蛋白。例如，所述植物可為玉米，并且所述AGO18蛋白可選自GRMZM2G105250和GRMZM2G457370。在一些優選的實施方案中，所述植物是雄性不育的植物。還提供了根據本專利技術的方法所獲得的雄性不育植物。還提供了從所述雄性不育植物獲得的植物細胞或組織。本專利技術還提供了用于產生雜種種子的方法。所述方法包括使本專利技術的雄性不育植物與其他植物雜交。從而產生雜種種子。還提供了根據該方法產生的雜種種子。附圖說明圖1A至B舉例說明玉米中21-ntphasiRNA基因座和24-ntphasiRNA基因座的全基因組鑒定。(A)PhasiRNA生物發生途徑，21-ntphasiRNA位于左側而24-ntphasiRNA位于右側，產生具有特征相位模式的基因座。(B)21-PHAS(染色體的左側)基因座和24-PHAS(染色體的右側)基因座在10條玉米染色體上的分布。500,000bp內的基因座簇集在一起；鄰近各柱的數字表示該特定簇中基因座的數目。圖2A至C示出21-nt減數分裂前phasiRNA和24-nt減數分裂phasiRNA是受發育調節的。(A)分析處于十種不同長度(發育階段)的花藥和花粉。上方，花藥單裂片中的細胞模式示意本文檔來自技高網...
【技術保護點】
用于控制植物的雄性能育性的方法，所述方法包括調節所述植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性，其中所述phasiRNA選自21?nt?phasiRNA和24?nt?phasiRNA，從而使所述植物的雄性能育性提高或降低。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.10.11 US 61/889,5871.用于控制植物的雄性能育性的方法，所述方法包括調節所述植物的雄性生殖器官中phasiRNA的生物活性，其中所述phasiRNA選自21-ntphasiRNA和24-ntphasiRNA，從而使所述植物的雄性能育性提高或降低。2.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括調節所述雄性生殖器官的細胞中所述phasiRNA的表達，從而使所述phasiRNA的生物活性提高或降低。3.根據權利要求2所述的方法，所述方法還包括調節所述雄性生殖器官的細胞中所述phasiRNA之mRNA前體(PHAS)的表達、能夠切割PHAS以產生所述phasiRNA之22-nt微RNA(miRNA)的表達或者能夠調節所述植物中所述phasiRNA表達之輔助蛋白的表達，從而使所述phasiRNA的表達提高或降低。4.根據權利要求3所述的方法，所述方法還包括向所述雄性生殖器官的細胞中引入有效量的核酸分子，所述核酸分子對所述phasiRNA、所述mRNA前體(PHAS)或所述22-nt微RNA(miRNA)具有拮抗性，從而使所述phasiRNA、所述mRNA前體(PHAS)或所述22-nt微RNA(miRNA)的表達提高或降低。5.根據權利要求3所述的方法，所述方法還包括調節所述雄性生殖器官的細胞中RNA依賴的RNA聚合酶6(RDR6)的表達，從而使所述mRNA前體(PHAS)的表達提高或降低。6.根據權利要求3所述的方法，其中所述phasiRNA為21-ntphasiRNA，所述22...
【專利技術屬性】
技術研發人員：布萊克·邁耶斯，翟繼先，弗吉尼亞·瓦爾布特，
申請(專利權)人：特拉華大學，
類型：發明
國別省市：美國;US
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。