[发明专利]增加膳食纤维的工程化小麦

说明书

提供了用于制造具有增加的膳食纤维水平的植物(例如小麦属品种)的材料和方法，诸如通过在编码淀粉分支酶IIa(SBEIIa)和淀粉分支酶IIb(SBEIIb)的等位基因中制造TALE核酸酶诱导的突变。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月2日提交的美国临时申请No.62/665,643的优先权。

技术领域

本文件提供了生成具有增加直链淀粉含量的小麦品种的材料和方法。

背景技术

小麦(普通小麦(Triticum aestivum))是世界上产量最高的作物之一，具有的估计年产量为7.13亿吨(联合国粮食及农业组织(Food and Agricultural Organization ofthe United Nations)，2010年作物生产数据，网址：faostat.fao.org/site/567/DesktopDefault.aspx？PageID＝567#ancor)。小麦籽粒用来制作用于面包、蛋糕、面食和饼干的面粉，以及制作啤酒。小麦粉中主要的营养成分之一是淀粉。小麦淀粉由通过α1,4和α1,6键连接的葡萄糖单体组成。所得的聚合物分为两类：直链淀粉和支链淀粉。支链淀粉主要具有α1,6键并且高度分支，而直链淀粉主要具有α1,4键并且大部分是未分支的。由于其相对直链结构，直链淀粉分子紧密堆积且是不溶的，并且比支链淀粉更耐消化(Tetlow,Seed Science Research,21:5-32,2011)。

发明内容

本文件提供了用于生成具有相对于对应野生型小麦品种水平增加的直链淀粉、抗性淀粉和膳食纤维水平的小麦品种的材料和方法。小麦籽粒中的淀粉典型地由约25％的直链淀粉和75％的支链淀粉组成。由于其高度分支的结构，支链淀粉迅速降解，使其成为葡萄糖的丰富来源。另一方面，直链淀粉具有紧密堆积的结构，并且更耐消化。富含抗性淀粉的食物具有以下潜能：降低葡萄糖进入循环的速率，并降低与饮食相关的非感染性慢性疾病的风险，包括心脏病、结肠癌和糖尿病(参见例如，Regina et al.,Proc Natl Acad SciUSA,103:3546-3551,2006；Kendall et al.,J AOAC Int,87:769-774,2004；Brouns etal.,Trends Food Sci Tech,13:251-261,2002；and Bird et al.,Beneficial Microbes,1:423-431,2010)。

淀粉分支酶催化支链淀粉中的分支形成，该酶可裂解内部α1,4键并将还原端转移至C-6羟基。在小麦中，分支形成受两类淀粉分支酶(SBE)SBEI和SBEII的调控。本公开至少部分基于以下发现：可以使用序列特异性核酸酶来制造SBEII基因及其等位基因的靶向突变或敲除来生成具有增加的直链淀粉、抗性淀粉和膳食纤维水平的小麦品种。与未修饰的小麦品种相比，修饰的小麦品种可以具有增强的营养品质。进一步的，修饰的小麦品种不携带外来DNA，并因此可以减少调控负担。本文件至少部分也基于具有由序列特异性核酸酶生成的功能缺失性SBEII突变的小麦品种的开发。因此，在一些实施方式中，本文件提供了具有小麦属植物、植物部分或植物细胞内源的来自SBEIIa和/或SBEIIb基因的至少两个SBEII等位基因(例如，至少两个SBEII等位基因、至少四个SBEII等位基因、至少六个SBEII等位基因、至少至少八个SBEII等位基因、或至少十二个SBEII等位基因)的突变的小麦属(Triticum)植物、植物部分或植物细胞，使得与缺少突变的对照小麦属植物、植物部分或植物细胞相比，该植物、植物部分或植物细胞的SBEII等位基因的表达降低。