[发明专利]用于对种子进行成像和定向的系统以及使用方法

说明书

本申请要求于2014年5月6日提交的美国临时专利申请61/989266的优先权，该申请通过引用明确地并入本文。

对相关美国申请的交叉引用

对下述申请进行交叉引用：由Donald L.McCarty，II等人于2014年5月6日提交的题为“SYSTEM FOR SEED PREPARATION AND METHOD OF USE”的美国临时专利申请61/989275，以及由Donald L.McCarty,II等人于2014年5月6日提交的题为“SYSTEM FOR CUTTING AND PREPARING SEEDS AND METHOD OF USE”的美国临时专利申请61/989276，这两个申请均通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于制备用于植物育种的种子的装置，更具体地说，涉及用于制备基因转化和转基因工程所用种子和种子外植体的装置。

背景技术

大豆(Glycine max)是最重要的农作物之一，年作物产量超过2亿吨，并且全世界的估计值超过400亿美元。大豆占全球所有油籽产品的97％以上。因此，用于改进这种珍贵作物的质量和产量的可靠且有效的方法，是非常有意义的。

用于改良大豆的传统育种方法受到限制，因为大多数大豆品种仅来自少数亲本品系，导致用于育种的窄种质基因。参见Christou等人，TIBTECH8:145-151(1990)。现代研究的努力集中在植物基因工程技术，以改进大豆生产。转基因方法设计为将期望的基因引入作物植物的可遗传种系中以产生优良植物系。该方法已经成功地增加了几种其它作物植物对疾病、昆虫和除草剂的抗性，同时提高了营养价值。

已经开发了用于将基因转移到植物组织中的几种方法，包括高速微投射、微注射、电穿孔和直接DNA摄取。农杆菌介导的基因转化最近已被用于将有关基因引入大豆。然而，大豆已被证明是一个对转基因工程具有挑战性的系统。大豆外植体的有效转化和再生是难以实现的，并且经常难以重复。

根癌农杆菌是一种致病的土壤栖细菌，其具有将其称为T-DNA的DNA转移到宿主植物细胞中并诱导宿主细胞产生对细菌营养有用的代谢物的固有能力。使用重组技术，可以用相关的一种或多种基因替换一些或全部T-DNA，产生用于转化宿主植物的细菌载体。农杆菌介导的基因转移通常针对组织培养物中的未分化细胞，但也可以针对取自植物的叶或茎的分化细胞。已经开发了许多用于农杆菌介导的大豆转化的程序，其可以基于经受转化的外植体组织而被宽松地分类。

Olhoft等人的美国专利7,696,408公开了用于转化单子叶植物和双子叶植物的子叶节点法。“子叶节点”方法包括：通过就在子叶节点下面切割，从5-7天龄的大豆幼苗中除去下胚轴；切开并分离其余的下胚轴段与子叶；以及从子叶中除去上胚轴。子叶外植体在腋芽和/或子叶节的区域形成创伤，并在黑暗中用根癌农杆菌培养5天。该方法需要种子的体外萌发，并且形成创伤步骤引入显著的变异性。

Martinelli等人的美国专利6,384,301公开了将农杆菌介导的基因传送到从大豆种子切下的大豆胚胎中的活的分生组织中，然后用选择剂和激素来培养分生组织外植体以诱导芽形成。类似于“子叶节点”法，优选在感染之前使分生组织外植体形成创伤。

Paz等人的美国专利7,473,822公开了称为“半种子外植体”法的、修改的子叶节点法。成熟的大豆种子被吸收、被表面灭菌并沿着种脐被切开。在感染之前，胚轴和芽完全去除，但没有发生其它创伤。农杆菌介导的转化继续进行，选择潜在的转化体，并且在选择培养基上再生外植体。

使用这些方法的转化效率一直较低，对于“子叶节点”法为约0.3％至2.8％的量级，对于“分生组织外植体”法为约1.2至4.7％的量级，以及对于“半种子外植体”法为3.2％和8.7％之间(总体上4.9％)的量级。在本领域中近似3％的转化效率是典型的。

改进的“切开种子”转基因方案可以加速转基因大豆产品的未来生产和发育。用于将转基因稳定整合到大豆组织中的高效且高产的方法将有助于育种计划并且具有增加作物产量的潜力。

发明内容

本发明公开了一种用于自动进行种子制备的方法和设备。根据一个方面，所述方法包括将种子布置在表面或容器上，将种子与自动化工具接合，将种子定向为用于进行切割或形成创伤，以及在种子被定向时切割种子或对种子形成创伤。该方法还可以包括部分切割种子的胚轴。在一些实施例中，用外源DNA来转化切割或形成创伤后的种子。