[发明专利]利用BCS1L基因和向导RNA/CAS核酸内切酶系统改良植物农艺性状的方法

说明书

本发明提供了通过修饰植物或植物细胞基因组中的靶序列而改良农艺性状的方法及组合物。所述方法和组合物采用一个向导RNA/Cas核酸内切酶系统提供了一个有效的系统，用于修饰或改变植物或植物细胞的基因组区域内的靶位点而提供诸如耐旱性，产量和胁迫耐受性等期望农艺性状的改良。还提供了方法和组合物用于编辑细胞基因组内的核苷酸序列。

技术领域

本发明涉及植物分子生物学，特别是，涉及修饰或改变植物基因组的方法，提高诸如干旱胁迫等非生物胁迫的耐受性。

背景技术

生物和非生物原因可以对植物产生胁迫。例如，造成生物胁迫的原因包括病原菌感染、昆虫取食、另一种植物的寄生例如槲寄生。非生物胁迫包括诸如有效水分的过量或者不足、极限温度和诸如除草剂的合成化学药品。

非生物胁迫是造成世界范围内农作物减产的主要原因，造成主要农作物平均减产50％以上(Boyer,J.S.(1982)Science 218：443-448；Bray,E.A.等(2000)In Biochemistryand Molecular Biology of Plants,edited by Buchannan,B.B.等,Amer.Soc.PlantBiol.,pp.1158-1249)。

重组DNA技术让外源DNA序列插入生物体基因组成为可能，它通过过量表达或抑制某些基因的表达，从而增加诸如耐旱性等非生物胁迫的耐受性，和改变生物体的表型。插入或修饰DNA序列的一种方法包括同源DNA重组，通过引入侧翼为与基因组靶同源的序列的转基因DNA序列进行。

位点特异性重组广泛应用在生物技术相关领域。大范围核酸酶(Meganuclease)，锌指核酸酶(ZFN)，和转录激活因子样效应物核酸酶(TALEN)包含一个DNA结合结构域和一个DNA切割结构域，能对基因组进行修饰。近来应用成簇规律间隔短回文重复(CRISPR)的研究表明一种与类似系统(大范围核酸酶，ZFN和TALEN)相同有效的基因组修饰方法。

CRISPR系统由一个蛋白组分(Cas)和一个向导RNA(gRNA)组成，所述向导RNA将所述蛋白靶向用于内切核苷酸裂解的特异性位点。这一系统已被成功工程化以靶向特异性位点用于哺乳动物、斑马鱼、果蝇、线虫、细菌、酵母和植物基因组的内切核苷酸裂解。

发明概述

本发明包括以下具体实施方案：

在一个实施方案中，本发明包括一个CRISPR-Cas构建体，所述构建体包括：至少一个可操作连接gRNA的异源调控序列，其中所述gRNA靶向含有内源BCS1L基因和其启动子的基因组区域。进一步的，所述BCS1L基因编码一种多肽，其包含与SEQ ID NO：8具有至少95％一致性的氨基酸序列。所述BCS1L基因包含一种具有SEQ ID NO：6或7的核苷酸序列的多核苷酸或其包含1至大约10个核苷酸改变的等位基因变体。所述BCS1L启动子包含具有SEQ IDNO：9的核苷酸序列的多核苷酸。

在另一个实施方案中，本发明包括一种植物，其中内源BCS1L多肽的表达或活性与对照植物的野生型BCS1L多肽的表达或活性相比是降低的，其中，与所述对照植物相比，所述植物表现选自以下的至少一种表型：增加的籽粒产量、增加的非生物胁迫耐受性和增加的生物量，其中因引入的遗传修饰，内源BCS1L多肽的表达或者活性是降低的。其中所述引入的修饰包括在包含所述内源BCS1L基因和其启动子的基因组区域中(a)引入一个DNA片段或缺失一个DNA片段或替换一个DNA片段或引入(b)一个或多个核苷酸变化，其中所述修饰导致降低所述内源BCS1L多肽的表达或活性。