[发明专利]用于靶向固氮以改良植物性状的基因靶标

说明书

公开了一种经基因工程改造的细菌，其具有在一种或多种选自以下的基因中的修饰：NAC、ptsH、iaaA、gltA、pga、sdiA、fimA1、fimA2、fimA3、fimA4、wzxE、bolA、iscR、fhuF、sodA、sodB、sodC、FNR、arcA、arcB、rpoS、sbnA、treA、treB、phoP、phoQ、yjjPB、ychM、dauA、actP、yusV1、yieL1、yieL2、yieL3、yieL4、pgaB、rafA、melA、uidA、manA、abfA、abnA、lacZ和yusV2。还提供了使用所述经基因工程改造的细菌为植物提供固定氮的方法，以及包含所述细菌的组合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月24日提交的美国临时申请号62/838,158的优先权，所述临时申请以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及经基因工程改造的细菌菌株及其组合物。此类细菌菌株及其组合物可用于向植物提供固定氮。

背景技术

植物通过共享的代谢组与微生物组相连。在特定作物性状与潜在代谢组之间的多维关系的特点是具有许多局部最大值的景象。出于多种原因(诸如出于作物优化)，通过改变微生物组对代谢组的影响，从较差的局部最大值优化到另一个代表更好的性状可能是令人期望的。需要采用经济、环境和社会可持续的农业和粮食生产方法来满足不断增长的全球人口的需求。联合国粮食及农业组织预计，到2050年，粮食总产量必须增加70％才能满足不断增长的人口的需求，这一挑战因多种因素而加剧，所述多种因素包括淡水资源减少、对可耕地的竞争增加、能源价格上涨、投入成本增加以及作物可能需要适应更干燥、更热和更极端的全球气候的压力。

所关注的领域之一是改善固氮。氮气(N₂)是地球大气的主要组分。此外，元素氮(N)是构成生物体的许多化学化合物的重要组分。然而，许多生物体不能直接使用N₂来合成生理过程(诸如生长和繁殖)中使用的化学物质。为了利用N₂，N₂必须与氢结合使用。氢与N₂的结合被称为固氮。固氮，无论是化学地还是生物地实现，都需要大量的能源投资。在生物系统中，称为固氮酶的酶催化导致固氮的反应。固氮研究的一个重要目标是将此表型扩展到非豆科植物，特别是重要的农艺禾本科植物，诸如小麦、水稻和玉米。尽管在理解根瘤菌与豆科植物之间固氮共生的发展方面取得了巨大进展，但利用该知识在非豆科作物上诱导固氮根瘤的途径尚不清楚。同时，随着对增加粮食产量的需求不断增加，提供充足的氮补充来源(诸如肥料)的挑战将继续增加。

发明内容

本公开提供了一种经基因工程改造的细菌，其具有在选自以下的基因中的修饰：NAC、ptsH、iaaA、gltA、pga、sdiA、fimA1、fimA2、fimA3、fimA4、wzxE、bolA、iscR、fhuF、sodA、sodB、sodC、FNR、arcA、arcB、rpoS、sbnA、treA、treB、phoP、phoQ、yjjPB、ychM、dauA、actP、yusV1、yieL1、yieL2、yieL3、yieL4、pgab、rafA、melA、uidA、manA、abfA、abnA、lacZ和yusV2。在一些实施方案中，经基因工程改造的细菌具有在选自以下的基因中的修饰：NAC、gltA、pga、ptsH、fimA1、fimA2、fimA3、fimA4、iscR、tonB、yusV1、yusV2、yusV3、yusV4、sbnA、fhuF、sodA、sodB和sodC。在一些实施方案中，经基因工程改造的细菌具有在选自以下的基因中的修饰：NAC、gltA、pga、ptsH、fimA1、fimA2、fimA3、fimA4、sodA、sodB和sodC。在一些实施方案中，经基因工程改造的细菌具有在选自以下的基因中的修饰：iscR、tonB、yusV1、yusV2、yusV3、yusV4、sbnA和fhuF。

在一些实施方案中，经基因工程改造的细菌是经基因工程改造的固氮细菌。在一些实施方案中，经基因工程改造的细菌是属间的。