CN115426873A - 用于改进植物的产量性状的多核苷酸分子的表面应用 - Google Patents
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Abstract
一种组合物,包含:(i)与植物基因或所述植物基因的转录物基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸的dsRNA分子;和(ii)调节植物表面以使dsRNA分子渗透到植物细胞中的转移剂;其中dsRNA分子向植物细胞中的渗透引起基因表达的瞬时降低,并且其中基因表达的瞬时降低引起植物产量相关性状的变化。
Description
发明背景
根据联合国粮食及农业组织(United Nations Food and AgriculturalOrganization)(UN FAO)的数据,到2050年,世界人口将超过96亿,这将需要显著改进农业,以满足日益增长的粮食需求。同时,资源保护,减少化肥、杀虫剂和除草剂的使用,环境可持续性,在如何种植粮食方面是越来越重要的因素。需要改进农业植物和耕作实践,以便能够使用较少的资源、更具环境可持续性的投入实现增加的植物产量。
产量受各种因素的影响,诸如植物器官的数量和尺寸、植物株型(例如分枝的数量)、种子灌浆、种子数量、抗旱性、破碎(shattering)、开花和分蘖的数量等。
目前,作物性能主要通过针对作物基因型(例如植物育种、遗传修饰的(GM)作物)与其周围环境(例如化肥、合成除草剂、杀虫剂)之间相互作用的技术进行优化。虽然这些模式在过去50年中帮助全球粮食产量加倍,但许多主要作物的产量增长率停滞不前,迫切需要新的解决方案来提高作物产量。GM作物和合成化学品除了其漫长的开发和监管时间线之外,公众对它们的担忧已经对它们在许多主要作物和国家中的使用提出了挑战,导致对许多转基因性状缺乏接受,以及将GM作物和许多合成化学品排除在一些全球市场之外。因此,对提高产量的创新、有效、环境可持续和公众可接受的方法存在重大需求。
发明概述
本文提供了在植物中提供增加的产量的组合物和方法,其通过抑制植物中产量相关基因的表达,通过向植物表面提供包含能够与产量相关基因或基因转录物杂交的多核苷酸分子和调节植物表面以使多核苷酸分子渗透到植物细胞中的转移剂的组合物,从而改进植物的产量相关性状。植物的产量相关性状的非限制性实例包括:植物中增加的分枝、籽粒尺寸,增加的穗(panicle)数量,增加的分蘖数量,增加的种子,增加的植物角果的尺寸,增加种子的灌浆,增加的种子数量,增加的抽穗(heading),提高的抗旱性,减少的破碎,减少的脱落组织形成,植物中减少的花瓣,晚/早开花,缩短/延长的开花期,延迟的衰老,增加的油含量,改进的油组成、淀粉含量、淀粉组成、碳水化合物含量、碳水化合物组成,增加的蛋白含量、改进的蛋白组成及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,多核苷酸分子的渗透可以引起基因表达的瞬时降低,对植物造成非永久性的空间和时间影响,并且不导致也不需要外源性多核苷酸整合到植物的染色体中。这种方法有几个优点。首先,它规避了GMO立法的需要。此外,它是一种更精妙和有效的方法,因为它是动态的,并且允许用户根据实时需求、性状改进的时机和/或需要解决的环境条件来确定应用。作为非限制性的实例,在干旱期间,农民可以决定短暂抑制基因/转录物的表达以提高水分胁迫的适应力,并且一旦天气改变就停止抑制。作为另一种非限制性实例,农民可以决定在意外降雨、温度变化等情况下短暂抑制与植物早期开花相关的基因/转录物。
有利地,该技术适用于在各种作物中使用,包括但不限于玉米、水稻、大豆、棉花、卡诺拉油菜(canola)、甘蓝型油菜(oilseed rape)、番茄、马铃薯等,并且尤其适用于具有复杂基因组的作物,诸如小麦、草莓或果树。
根据一些实施方案,多核苷酸分子以可渗透或吸收到活植物组织中以启动系统性基因抑制或调控的组合物提供。在本发明的某些实施方案中,多核苷酸分子最终向植物提供RNA(例如dsRNA)或RNA样分子,其能够在植物细胞中的生理条件下与从植物细胞中的内源性靶基因转录的RNA杂交,从而影响(沉默或抑制)靶基因的表达。
根据一些实施方案,靶基因的沉默/抑制可以直接改进植物的产量相关性状。可选地,靶基因的沉默/抑制可以间接改进植物的产量相关性状。例如,沉默或抑制靶基因可以改变(增加或减少)改进植物的产量相关性状的另一个基因的表达。
作为另一个重要的实际优点,包含外源性多核苷酸和转移剂的组合物的表面应用不需要外源性多核苷酸物理地结合到颗粒,诸如在生物弹射介导的与金或钨颗粒缔合的多核苷酸向植物、植物部分或植物细胞的内部部分中的引入。
根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向植物基因的mRNA。根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向mRNA的翻译区。根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向mRNA的非翻译区。
根据一些实施方案,提供了一种组合物,包含:(i)包含与植物基因或植物基因的转录物基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸的多核苷酸分子;和(ii)调节植物表面以使多核苷酸分子渗透到植物细胞中的转移剂;其中多核苷酸分子渗透到植物细胞中引起基因表达的瞬时降低,并且其中基因表达的瞬时降低引起植物产量相关性状的变化。
根据一些实施方案,植物的产量相关性状选自由以下组成的组:增加的籽粒/种子尺寸,增加的籽粒数量,增加的穗/角果数量,增加的分蘖数量,增加的分枝,增加的种子尺寸,增加的种子灌浆,增加的种子数量,增加的抽穗,提高的抗旱性,减少的破碎,减少的脱落组织形成,晚开花,早开花,增加的破碎,增加的脱落组织形成,植物中减少的花瓣,增加的植物蛋白含量,增加的植物碳水化合物含量,增加的植物油含量,改进的植物油组成、淀粉含量、淀粉组成、碳水化合物含量、碳水化合物组成及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,提供了一种适合于表面应用于植物上的组合物,该组合物包含dsRNA分子,该dsRNA分子包含与植物基因或植物基因的转录物的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸;和转移剂,其被配置为促进dsRNA分子渗透到植物的细胞中,其中dsRNA分子渗透到植物细胞中引起基因表达的瞬时降低。
基因表达的瞬时降低引起植物性状的改变。
植物的性状选自由以下组成的组:增加的分枝、增加的籽粒灌浆、增加的海藻糖-6-磷酸(T6P)水平、增加的穗数量、增加的种子灌浆、增加的种子数量、增加的种子尺寸、减少的破碎、减少的脱落组织形成、增加的分蘖数量、植物中增加的抽穗、花瓣减少、增加的角果尺寸、晚开花或早开花、延迟的衰老及其任何组合;或选自由以下组成的组:增加的分枝、增加的籽粒灌浆、增加的穗数量、增加的种子灌浆、增加的种子数量、增加的种子尺寸、减少的破碎、减少的脱落组织形成、增加的分蘖数量、植物中增加的抽穗、花瓣减少、增加的角果尺寸及其任何组合;或选自由以下组成的组:增加的分枝、增加的籽粒灌浆、增加的穗数量、增加的种子灌浆、增加的种子数量、减少的破碎、减少的脱落组织形成、增加的分蘖数量、花瓣减少、增加的角果尺寸及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物基因选自ADPG1、PTL、CKX2、BRC1、KIN1、SKIN1、PIN5b、JAG1、BS1、PLDα1和/或其任何同源物或组合。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,植物基因选自ADPG1、PTL、CKX2、BRC1和/或其任何同源物或组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物是甘蓝型油菜植物,并且dsRNA分子是包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:599、SEQ IDNO:650、SEQ ID NO:522和SEQ ID NO:365中列出的氨基酸序列中的任一种。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQ ID NO:729、SEQ ID NO:733、SEQ IDNO:731和SEQ ID NO:730中列出的任何序列具有至少80%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQ ID NO:729、SEQ ID NO:733、SEQ ID NO:731和SEQ ID NO:730中列出的任何序列具有至少90%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物是大豆植物,并且dsRNA分子是包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:379、SEQ ID NO:603、SEQ ID NO:655、SEQ ID NO:564、SEQ ID NO:517、SEQ ID NO:480和SEQ ID NO:488中列出的氨基酸序列中的任一种。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物是大豆植物,并且dsRNA分子是包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:379、SEQ ID NO:517、SEQ ID NO:480和SEQ ID NO:488中列出的氨基酸序列中的任一种。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQ ID NO:734-741中列出的任何序列具有至少80%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQID NO:734-741中列出的任何序列具有至少90%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物是水稻植物,并且dsRNA分子是包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:407、SEQ ID NO:610、SEQ ID NO:659、SEQ ID NO:589、SEQ ID NO:416和SEQ ID NO:450中列出的氨基酸序列中的任一种。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物是水稻植物,并且dsRNA分子是包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:407、SEQ ID NO:416和SEQ ID NO:450中列出的氨基酸序列中的任一种。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQ ID NO:742-747中列出的任何序列具有至少80%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,dsRNA分子与SEQ ID NO:742-747中列出的任何序列具有至少90%的同源性。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,dsRNA分子的长度为至少约50个碱基。根据一些实施方案,dsRNA分子的长度为至少约200个碱基。
根据一些实施方案,转移剂包括N,N-二甲基癸酰胺、椰油酰胺丙基二甲胺、硅氧烷聚亚烷基氧化物共聚物、EM-30、C8/C10脂肪酸的二甲基酰胺、甘油的酯化共聚物、三硅氧烷乙氧基化物或其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,转移剂可以是表1中列出的任何转移剂。
根据一些实施方案,提供了用于将本文基本公开的组合物表面应用至植物表面的方法。
根据一些实施方案,应用包括将组合物喷洒到植物表面上。根据一些实施方案,组合物用延伸到作物上方的喷杆(boom)、无喷杆喷雾器、农业喷雾器、作物撒播飞机、加压背负式喷雾器、履带喷雾器或实验室喷雾器/浸没器喷洒到植物表面上。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,应用包括通过灌溉系统提供组合物。
根据一些实施方案,植物表面是选自由以下组成的组的一种或更多种植物部分的表面:下胚轴、子叶、叶、花、茎、穗状雄花(tassel)、分生组织、花粉、胚珠和果实。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,方法还包括将应用组合物的时机安排在植物的期望发育阶段,如本文例如表2中所基本解释的。
本公开内容的某些实施方案可以包括上述一些优点、上述所有优点或不包括上述优点。根据本文包括的附图、说明书和权利要求书,一种或更多种技术优点对本领域技术人员来说可以是显而易见的。此外,虽然上文已经列举了特定优点,但是多种实施方案可以包括所有列举的优点、一些列举的优点或不包括列举的优点。
除了上文描述的示例性方面和实施方案以外,通过参考附图和研究以下详细描述,另外的方面和实施方案将变得明显。
附图简述
现在将参考所附说明性附图,结合某些实例和实施方案来描述本发明,以便可以更充分地理解本发明。
图1示出了在甘蓝型油菜植物叶上应用靶向剂混合物后接触角(指示穿透)随时间推移的变化;
图2示出了用10μg/ml的靶向SEQ ID NO:286中列出的序列的SEQ ID NO:733中列出的dsRNA异位喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜(Brassica napus)植物)的花形态的示例性照片。对照处理的植物具有正常花瓣形态(左图)。BnPTL dsRNA处理的植物导致花具有花瓣形态改变(右图)。
图3示出了用10μg/ml的靶向SEQ ID NO:1中列出的BnBRC1序列的SEQ ID NO:730中列出的dsRNA异位喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)与对照植物(Ctrl)植物的示例性照片。描绘了每组分枝的总数量。
图4示出了每株用1μg/ml或10μg/ml的靶向SEQ ID NO:1中列出的BnBRC1序列的SEQ ID NO:730中列出的dsRNA异位喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)或用仅表面活性剂溶液喷洒的植物的平均分枝数量。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图5A示出了对第1块田获得的用靶向SEQ ID NO:286中列出的序列的SEQ ID NO:733中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图5B示出了对第2块田获得的用靶向SEQ ID NO:286中列出的序列的SEQ ID NO:733中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图6A示出了对第1块田获得的靶向SEQ ID NO:286中列出的序列的用SEQ ID NO:733中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)的平均油含量百分比。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图6B示出了对第2块田获得的用靶向SEQ ID NO:286中列出的序列的SEQ ID NO:733中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(这里为欧洲油菜植物)的平均油含量百分比。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图7示出了每株用1μg/ml或10μg/ml的靶向SEQ ID NO:1中列出的序列的SEQ IDNO:730中列出的dsRNA异位喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)或用仅表面活性剂溶液喷洒的植物的平均分枝数量。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图8A示出了对第1块田获得的用靶向SEQ ID NO:158中列出的序列的SEQ ID NO:731中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图8B示出了对第2块田获得的用靶向SEQ ID NO:158中列出的序列的SEQ ID NO:731中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图9A示出了对第1块田获得的用靶向SEQ ID NO:235中列出的序列的SEQ ID NO:729中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图9B示出了对第2块田获得的用靶向SEQ ID NO:235中列出的序列的SEQ ID NO:729中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均种子重量/0.8m2。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图10A示出了对第1块田获得的用靶向SEQ ID NO:235中列出的序列的SEQ ID NO:729中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均油含量百分比。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图10B示出了对第2块田获得的用靶向SEQ ID NO:235中列出的序列的SEQ ID NO:729中列出的dsRNA喷洒的甘蓝型油菜植物(欧洲油菜植物)的平均油含量百分比。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图11示出了每株用1μg/ml或10μg/ml的靶向SEQ ID NO:43中列出的序列的SEQ IDNO:742中列出的dsRNA处理的水稻植物(Oryza sativa)或用仅表面活性剂溶液喷洒的植物的平均分蘖数量。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
图12示出了每株用1μg/ml或10μg/ml的靶向SEQ ID NO:15中列出的序列的SEQ IDNO:734中列出的dsRNA处理的大豆植物(Glycine max)或用仅表面活性剂溶液喷洒的植物的平均分枝数量。*指示处理植物与对照植物(Ctrl)相比的显著改变(P<0.1)。
详细描述
在以下描述中,将描述本公开内容的各个方面。为了说明的目的,阐述了特定配置和细节以便提供对本公开内容的不同方面的透彻理解。然而,对本领域技术人员还将明显的是,本公开内容可以在没有本文呈现的特定细节的情况下实践。此外,熟知的特征可以省略或简化以便不使本公开内容晦涩。
提供了以下定义和方法以更好地定义本发明并指导本领域普通技术人员实践本发明。除非另有说明,否则术语应根据相关领域的普通技术人员的常规用法来理解。
在以单数形式提供术语的情况下,本发明人还设想了用该术语的复数形式描述的本发明的方面。
如本文所用,术语“多核苷酸分子”和“多核苷酸”可以互换使用,并指在链中共价键合并能够在生理条件下与DNA和RNA分子杂交的任何包含18个或更多个核苷酸的多核苷酸。根据一些实施方案,多核苷酸可以是合成的和/或人工的多核苷酸分子。根据一些实施方案,多核苷酸分子是生物聚合物。根据一些实施方案,生物聚合物是DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)分子。
根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向植物基因的mRNA。根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向mRNA的翻译区。根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向mRNA的非翻译区(UTR)。
如本文所用,术语“DNA”、“DNA分子”和“DNA多核苷酸分子”是指基因组或合成来源的单链DNA或双链DNA分子,诸如脱氧核糖核苷酸碱基的聚合物或DNA多核苷酸分子。
如本文所用,术语“DNA序列”、“DNA核苷酸序列”和“DNA多核苷酸序列”是指DNA分子的核苷酸序列。
如本文所用,术语“基因”是指提供转录物表达或编码转录物的核酸的任何部分。因此,“基因”包括但不限于启动子区、5'非翻译区、可以包含内含子区的转录物编码区和3'非翻译区。
如本文所用,术语“RNA”、“RNA分子”和“RNA多核苷酸分子”是指基因组或合成来源的单链RNA或双链RNA分子,诸如包含单链或双链区域或者任何其他结构元件的核糖核苷酸碱基的聚合物。
除非另有说明,否则本说明书的文本中的核苷酸序列是从左到右读时以5'到3'方向给出的。本文使用的命名法是美国联邦法规第37条§1.822要求的命名法,并在WIPO标准ST.25(1998),附录2,表1和表3中的表格中列出。
如本文所用,“植物表面”是指植物的任何外部部分。因此,植物表面包括但不限于花、茎、块茎、果实、花药、花粉、叶、根或种子的表面。植物表面可以在植物的与植物其他部分相连的部分上或在植物的与植物分离的部分上。
如本文所用,措辞“多核苷酸不与启动子可操作连接”是指不与被DNA依赖性RNA聚合酶II蛋白或病毒RNA依赖性RNA聚合酶特异性识别,以这样的方式使多核苷酸将被DNA依赖性RNA聚合酶蛋白或病毒RNA依赖性RNA聚合酶转录的多核苷酸启动子序列共价连接的多核苷酸。不与启动子可操作连接的多核苷酸可以由植物RNA依赖性RNA聚合酶转录。
如本文所用,SEQ ID NO:1-364和SEQ ID NO:729-747,尽管以ssDNA的形式展示在序列表中,但包括dsDNA等同物、dsRNA等同物、ssRNA等同物、ssRNA互补序列、所示的ssDNA以及ssDNA互补序列。
如本文所用,术语“转移剂”可以指当将剂应用到植物表面时使植物易于接受多核苷酸的任何剂。根据一些实施方案,转移剂是调节植物组织(例如种子、叶、茎、根、花或果实)表面以使多核苷酸分子渗透到植物细胞中的剂。用于调节或转移的化学剂包括(a)润湿剂、(b)表面活性剂、(c)有机溶剂或有机溶剂的水溶液或含水混合物、(d)氧化剂、(e)酸、(f)碱、(g)油、(h)酶或其组合。
合适的转移剂的非限制性实例包括有机硅化合物。
如本文所用,措辞“有机硅制剂(organosilicone preparation)”是指包含一种或更多种有机硅化合物的液体,其中所含的液体或组分当与表面应用到靶植物表面的组合物中的多核苷酸组合时,更好地使多核苷酸进入植物细胞。示例性有机硅氧烷制剂包括但不限于以商品名或销售的制剂。在某些实施方案中,有机硅制剂可以更好地使多核苷酸以允许多核苷酸介导的抑制植物细胞中靶基因表达的方式进入植物细胞。
特定的合适的转移剂的非限制性实例包括L-77,它是一种将极低分子量的三硅氧烷与聚醚基团结合的改性的三硅氧烷。它的特征在于具有显著的界面活性,可以导致显著降低的水表面张力、出色的铺展或流平和稳定的泡沫。所有这些都可以使用典型浓度水平的有机或碳氟化合物表面活性剂的级分来实现。
特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括GENAGENTM 4166(Clariant,材料号:10783626892)。GENAGENTM 4166是基于天然来源的脂肪酸的二甲基酰胺。
特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括GL 5:(Clariant,材料号:20072326894)。GL5是基于聚甘油酯的辅助剂,它是一种源自可再生资源的不含TAE的表面活性剂。特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括GENAGENTM 4296(Clariant,材料号:10783926892)。GENAGENTM 4296是基于天然来源的脂肪酸的二甲基酰胺。
特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括GA:(Clariant,材料号:27251626894)。GA是基于烷基葡萄糖酰胺的新型农用化学品的盐类的生物增强剂。它是一种糖基表面活性剂,具有高于95%可再生碳指数(RCI),并且因此具有优秀的生态学谱。
特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括GENAGENTM SC 35(Clariant,材料号:25923226892)。GENAGENTM SC 35是烷基二甘醇醚硫酸钠盐和椰子脂肪酸单乙醇酰胺的碱性表面活性剂混合物。
特定的合适的转移剂的另一种非限制性实例包括SURFECO PLUSTM(Latro)。SURFECO PLUSTM是基于硅酮的辅助剂,用于改变农用化学品的物理性质和增强其生物活性。
另外的合适的转移剂及其化学性质总结在下表1中。
表1-转移剂
如本文所用,措辞“提高的产量”是指任何可测量的产量提高。在某些实施方案中,可以与未用包含多核苷酸的组合物处理的对照植物或植物部分相比,来确定植物或植物部分的产量的提高。当在本文中使用时,对照植物是未用多核苷酸和转移剂进行处理的植物。这样的对照植物将包括但不限于未处理的植物或模拟处理的植物。
受本文公开的组合物影响的性状的非限制性实例包括:增加的分枝、增加的种子灌浆、增加的种子数量、提高的抗旱性、减少的破碎、减少的脱落组织形成、晚/早开花及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
受本文公开的组合物影响的水稻植物性状的非限制性实例包括:增加的籽粒尺寸、增加的穗数量、增加的分蘖数量、增加的抽穗及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
受本文公开的组合物影响的甘蓝型油菜性状的非限制性实例包括:增加的籽粒尺寸、增加的穗数量、增加的分蘖数量、增加的分枝、增加的种子灌浆、增加的种子数量、增加的抽穗、提高的抗旱性、减少的破碎、减少的脱落组织形成、晚/早开花、缩短的/延长的花期及其任何组合。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是任何栽培植物,诸如但不限于甘蓝型油菜、油菜籽植物(rapeseed)、水稻、小麦、大麦、大豆、花生、棉花、玉米、高粱、甘蔗、甜菜、豆类、向日葵、马铃薯、甘薯、苜蓿、香蕉、杏、葡萄、苹果、桃、西梅、柑橘、椰枣、棕榈油植物、胡椒、番茄、西兰花、洋葱、甜瓜、西瓜、山药、木薯。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物、水稻植物或甘蓝型油菜植物。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,大豆植物可以是物种大豆(Glycine max)的植物。根据一些实施方案,水稻植物可以是物种稻(Oryza sativa)的植物。根据一些实施方案,甘蓝型油菜植物可以是欧洲油菜。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,多核苷酸分子靶向的基因可以由在一个物种中(例如在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中)使用的学名来指代。然而,本领域普通技术人员理解,由另一名称(别名/同源物)所指代的另一物种的别名以及同源物包含在所述学名内。作为非限制性的实例,当多核苷酸分子靶向的基因被称为BRC1时,它包括别名/同源物TB1/FC1。
根据一些实施方案,靶基因可以具有选自SEQ ID NO:1-364中列出的任何核苷酸序列的核苷酸序列。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,靶基因可以编码选自SEQ ID NO:365-728中列出的任何氨基酸序列的氨基酸序列。每种可能性是单独的实施方案。根据一些实施方案,多核苷酸(即dsRNA)可以具有SEQ ID NO:729-747中列出的核苷酸序列。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,多核苷酸分子是具有与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列或其主要部分基本相同的多核苷酸序列的dsRNA。如本文所用,涉及dsRNA的术语“其主要部分”是指dsRNA与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列的至少18-20个连续碱基对至少80%相同,dsRNA与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列的至少18-20个连续碱基对至少85%相同,dsRNA与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列的至少18-20个连续碱基对至少90%相同,dsRNA与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列的至少18-20个连续碱基对至少95%相同,或者dsRNA与SEQ ID NO:729-747中任一项中列出的序列的至少18-20个连续碱基对至少98%相同。每种可能性是单独的实施方案。
如本文所用,涉及dsRNA的术语“基本上与……相同”是指与SEQ ID NO:1-364中列出的核苷酸序列的一部分具有至少80%、至少90%、至少95%同源性或至少98%同源性的dsRNA序列。如本文所用,术语“列出的核苷酸序列的一部分”是指dsRNA靶向的核苷酸序列中与dsRNA具有基本相同长度的部分。作为非限制性实例,如果dsRNA具有18bp的长度,则dsRNA靶向的核苷酸序列的部分具有约18bp的长度。作为另一种非限制性实例,如果dsRNA具有200bp的长度,则dsRNA靶向的核苷酸序列的部分具有约200bp的长度。
如本文所用,术语“大约”和“约”是指相对于其所指范围的+/-10%、或+/-5%或+/-2%。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,dsRNA靶向甘蓝型油菜植物的BnADPG1(SEQ ID NO:235),并且具有SEQ ID NO:729中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向甘蓝型油菜植物的BnBRC1(SEQ ID NO:1),并且具有SEQ ID NO:730中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向甘蓝型油菜植物的BnCKX2(SEQ ID NO:158),并且具有SEQ ID NO:731中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向甘蓝型油菜植物的BnKIN10(SEQ ID NO:62),并具有SEQ ID NO:732中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向甘蓝型油菜植物的BnPTL(SEQ ID NO:286),并且具有SEQ ID NO:733中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向大豆植物的GmBRC1(SEQ ID NO:15),并且具有SEQID NO:734或735中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向大豆植物的GmBS1(SEQ ID NO:116),并且具有SEQID NO:736或737中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向大豆植物的GmJAG1(SEQ ID NO:153),并且具有SEQID NO:738或739中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向大豆植物的GmPLDα1(SEQ ID NO:124),并且具有SEQ ID NO:740或741中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向水稻植物的OsBRC1(SEQ ID NO:43),并且具有SEQID NO:742或743中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向水稻植物的OsPIN5b(SEQ ID NO:86),并具有SEQID NO:744或745中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,dsRNA靶向水稻植物的OsSKIN1(SEQ ID NO:52),并且具有SEQID NO:746或747中列出的多核苷酸序列。
根据一些实施方案,组合物和用于应用组合物的方法可以包括将组合物的应用安排到植物的期望发育性状的时间。作为一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因BS1(或参与种子灌浆调控的其他基因)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到当植物处于种子灌浆阶段(R3-R5发育(dev.)阶段)时。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因BRC1(或其表达的减少会引起分枝或分蘖数量增加的其他基因)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到大豆植物抽薹阶段(R1-R2发育阶段)或水稻植物腋芽发育的营养阶段。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因JAG1(或其它增加种子数量的基因)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到当植物处于开花阶段(R1-R2发育阶段)时。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因SGR1(或其它靶基因,其减少会增加对干旱的抗性)的多核苷酸的组合物的应用可以被时机安排到意外干旱的时期。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因AGL1(或其它靶基因,其减少会引起减少的破碎)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到植物的角果成熟时。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因FT5a(或其他靶基因,其减少涉及开花调控)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到当植物处于开花阶段时。作为另一种非限制性实例,可以将包含被配置为靶向基因GNI1(或调控籽粒尺寸的其他基因)的多核苷酸的组合物的应用时机安排到当植物处于种子灌浆阶段时。
根据一些实施方案,组合物可以包含多于一种多核苷酸序列(不同的序列),诸如2种、3种、4种、5种或更多种多核苷酸序列。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,两种或更多种多核苷酸序列可以靶向同一靶基因,即它们可以针对同一靶基因序列的不同部分。
根据一些实施方案,两种或更多种多核苷酸序列可以靶向不同的靶基因。
根据一些实施方案,不同的靶基因可以涉及同一产量相关性状(例如,减少的破碎)。作为非限制性实例,两种或更多种多核苷酸序列可以靶向AGL1和PDH1。作为另一种非限制性实例,两种或更多种多核苷酸序列可以靶向JAG1、JAG2、CKX1、OTU1(全部影响种子数量)中的两个或更多个。
根据一些实施方案,不同的靶基因可以涉及不同的产量相关性状(例如,增加的抗旱性和种子灌浆)。作为非限制性实例,两种或更多种多核苷酸序列中的第一种可以靶向ERA1、SGR1、SGR2、ACO2、CER9或CytG,而两种或更多种多核苷酸序列中的第二种可以靶向BS1、PLD、ACO3或PDHK。
如本文所用,措辞“表达的降低”,当在植物或植物部分中的转录物或蛋白的上下文中使用时,指植物或植物部分中转录物或蛋白水平的任何可测量的减少。在某些实施方案中,可以与未用包含多核苷酸和转移剂的组合物处理的对照植物或植物部分相比来确定植物或植物部分中转录物或蛋白水平的减少。
如本文所用,措辞“其中所述植物不包含转基因”是指缺乏包含可操作地连接到多核苷酸的启动子的DNA分子或者缺乏重组病毒载体的植物。
如本文所用,术语“转基因”描述了包含从一个生物中分离并被引入不同生物的DNA中的基因序列的DNA区段。
如本文所用,措辞“抑制表达”或“降低表达”,当在基因的上下文中使用时,指由基因编码的产物的量和/或活性的任何可测量的减少。因此,当来自基因的转录物的水平降低、由基因编码的蛋白的水平降低、来自基因的转录物的活性降低、由基因编码的蛋白的活性降低、上述条件中的任何一个、或上述条件的任何组合时,可以抑制基因的表达。在本文中,转录物的活性包括但不限于转录物被翻译成蛋白和/或发挥任何RNA介导的生物学效应或生化效应的能力。在本文中,蛋白的活性包括但不限于蛋白发挥任何蛋白介导的生物学效应或生化效应的能力。当在本文中使用时,对照植物或植物部分是未用多核苷酸和转移剂进行处理的植物或植物部分。
如本文所用,术语“瞬时(transient)”在用于基因表达的降低/抑制的上下文中时,指基因表达的有时间限制的降低,该降低仅在渗透到细胞中的多核苷酸未降解时持续,这与通常称为“稳定表达”的长期表达相反。
如本文所用,术语“转录物”对应于通过转录过程从基因产生的任何RNA。因此,基因的转录物可以包含可以含有内含子的初级转录产物,或可以包含缺少内含子的成熟RNA。
如本文所用,涉及多核苷酸分子的术语“同源物”是指指示共有祖先的核苷酸序列之间的序列同一性或相似性(同源性)的程度。由于物种形成事件(种间同源物)或复制事件(种内同源物),两个DNA区段可以具有共同的祖先。根据一些实施方案,同源物可以指与参考多核苷酸分子的参考核苷酸序列具有基本上从约70%至约99%的序列同一性,或更优选地从约80%至约99%的序列同一性,或最优选地从约90%至约99%的序列同一性,或从约95%至约99%的序列同一性的多核苷酸。每种可能性是单独的实施方案。
如本文所用,术语“序列同一性”、“序列相似性”或“同源性”用于描述两个或更多个核苷酸序列之间的序列关系。两个序列之间的“序列同一性”百分比是通过比较两个最佳对齐的序列来确定的。与参考序列相比,在每个位置处都相同的序列被称为与参考序列相同,并且反之亦然。当以5'至3'方向观察的第一核苷酸序列与以3'至5'方向观察的第二或参考序列表现出完全互补性时,第一核苷酸序列被称为是第二或参考核苷酸序列的“互补序列”或与其互补。如本文所用,当从5'至3'读取的一个序列的每个核苷酸与当从3'至5'读取时的另一个序列的每个核苷酸互补时,核酸序列分子被称为表现出“完全互补性”。与参考核苷酸序列互补的核苷酸序列将表现出与参考核苷酸序列的反向互补序列相同的序列。这些术语和描述在本领域中被明确定义并且容易被本领域普通技术人员理解。
根据一些实施方案,组合物还可以包含载体。根据一些实施方案,载体可以是液体。
如本文所用,术语“液体”是指均匀混合物(诸如溶液)和非均匀混合物(诸如悬浮液、胶体、胶束和乳液)。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,液体可以是水溶液。根据一些实施方案,液体可以是油或油混合物。
根据一些实施方案,多核苷酸可以是裸露的。如本文所用,术语“裸露的”是指多核苷酸是未被包封的。然而,裸露的多核苷酸可以是被修饰和/或缀合的。
根据其他实施方案,多核苷酸可以是被包封的。
根据一些实施方案,多核苷酸可以通过媒介物递送和/或包裹在媒介物中,所述媒介物诸如但不限于纳米颗粒、脂质体、胶束等。
本文提供了某些方法和多核苷酸组合物,其可以应用于活的植物细胞/组织以抑制靶基因的表达,并为需要提高产量的植物提供该益处。本文还提供了表现出提高的产量的植物和植物部分以及这样的植物或植物部分的加工产品。组合物可以表面应用至植物的表面,诸如应用至叶的表面。组合物可以应用至各种植物,包括但不限于十字花科(Brassicaceae)植物、豆科(Fabaceae)植物或禾本科(Poaceae)植物,诸如但不限于大豆植物、水稻植物、甘蓝型油菜植物和/或油菜籽植物。每种可能性是单独的实施方案。
如本文所用,“多核苷酸”是指包含多个核苷酸的DNA或RNA分子,并且通常指“寡核苷酸”(长度为18-25个核苷酸的多核苷酸分子)和26个或更多个核苷酸的更长的多核苷酸两者。本发明的实施方案包括包含具有18-25个核苷酸的长度的多核苷酸(18-mers、19-mers、20-mers、21-mers、22-mers、23-mers、24-mers或25-mers),或具有26个或更多个核苷酸的长度的中等长度多核苷酸(26个、27个、28个、29个、30个、31个、32个、33个、34个、35个、36个、37个、38个、39个、40个、41个、42个、43个、44个、45个、46个、47个、48个、49个、50个、51个、52个、53个、54个、55个、56个、57个、58个、59个、60个、约65个、约70个、约75个、约80个、约85个、约90个、约95个、约100个、约110个、约120个、约130个、约140个、约150个、约160个、约170个、约180个、约190个、约200个、约210个、约220个、约230个、约240个、约250个、约260个、约270个、约280个、约290个、或约300个核苷酸的多核苷酸),或具有大于约300个核苷酸的长度的长多核苷酸(例如,在约300个至约400个核苷酸之间、在约400个至约500个核苷酸之间、在约500个至约600个核苷酸之间、在约600个至约700个核苷酸之间、在约700个至约800个核苷酸之间、在约800个至约900个核苷酸之间、在约900个至约1000个核苷酸之间、在约300个至约500个核苷酸之间、在约300个至约600个核苷酸之间、在约300个至约700个核苷酸之间、在约300个至约800个核苷酸之间、在约300个至约900个核苷酸之间、或约1000个核苷酸的长度、或甚至大于约1000个核苷酸的长度的多核苷酸,例如长达靶基因的整个长度,包括靶基因的编码部分或非编码部分,或者编码部分和非编码部分两者)。在多核苷酸是双链的情况下,其长度可以类似地用碱基对来描述。
在本发明的各种实施方案中使用的多核苷酸组合物包括包含多核苷酸的组合物,所述多核苷酸包括:RNA或DNA或RNA/DNA杂合体或化学修饰的多核苷酸或人工多核苷酸或其混合物。在某些实施方案中,多核苷酸可以是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的组合,例如,主要由核糖核苷酸组成但具有一个或更多个末端脱氧核糖核苷酸的合成多核苷酸,或者主要由脱氧核糖核苷酸组成但具有一个或更多个末端双脱氧核糖核苷酸的合成多核苷酸。在某些实施方案中,多核苷酸包括非经典核苷酸,诸如肌苷、硫代尿苷或假尿苷。在某些实施方案中,多核苷酸包括化学修饰的核苷酸。化学修饰的寡核苷酸或多核苷酸的实例在本领域中是熟知的。说明性实例包括但不限于,天然存在的多核苷酸的磷酸二酯骨架,其可以部分或完全用硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯或甲基膦酸酯核苷酸间连接修饰进行修饰,修饰的核苷碱基或修饰的糖可以用于多核苷酸合成,并且可以用荧光部分(例如,荧光素或罗丹明)或其他标记物(例如,生物素)标记多核苷酸。
根据一些实施方案,可以在一条或两条链上化学修饰dsRNA,以提高稳定性、延长dsRNA在体内的半衰期、增加dsRNA的生物分布和药代动力学特性、将dsRNA靶向特定细胞、增加靶结合亲和力和/或改进药物递送。作为非限制性实例,dsRNA可以被修饰以在dsRNA的第2个碱基的核糖基环的2'位置包含甲基。作为另一种非限制性实例,dsRNA可以被修饰以包含3'突出端。
根据一些实施方案,修饰可以包含在dsRNA中。根据一些实施方案,修饰不会阻止dsRNA组合物用作Dicer的底物。在一种实施方案中,进行一个或更多个修饰以增强Dicer对dsRNA的加工。在第二种实施方案中,进行一个或更多个修饰以导致更有效的RNAi生成。在第三种实施方案中,进行一个或更多个修饰以支持更大的RNAi效应。在第四种实施方案中,进行一个或更多个修饰以导致待递送至细胞的每个dsRNA分子的更大的效力。可以在3'-末端区域、5'-末端区域、3'-末端和5'-末端区域两者中掺入修饰,或者在一些情况下,在序列内的不同位置中掺入修饰。考虑上述限制的前提下,可以将任何数量和组合的修饰掺入dsRNA中。在存在多于一个修饰的情况下,它们可以相同或不同。设想了对碱基、糖部分、磷酸酯骨架及其组合的修饰。任何一个5'-末端都可以被磷酸化。
设想用于磷酸酯骨架的修饰的实例包括膦酸酯,包括甲基膦酸酯、硫代磷酸酯和磷酸三酯修饰,诸如烷基磷酸三酯等。设想用于糖部分的修饰的实例包括2'-烷基嘧啶,诸如2'-O-甲基、2'-氟、氨基和脱氧修饰等(参见,例如Amarzguioui等人,2003)。设想用于碱基基团的修饰的实例包括无碱基化糖、2-O-烷基修饰的嘧啶、4-硫尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-碘尿嘧啶和5-(3-氨基烯丙基)-尿嘧啶等。锁核酸(或LNA)也可以被掺入。许多其他修饰是已知的,并且只要满足上述标准,就可以使用。
多核苷酸可以是单链或双链RNA、具有结构特征的单链或双链RNA、单链或双链DNA、双链DNA/RNA杂合体及其修饰的类似物。在本发明的某些实施方案中,在植物细胞中提供单链RNA的多核苷酸可以是:(a)单链RNA分子(ssRNA),(b)自我杂交形成双链RNA分子的单链RNA分子,(c)双链RNA分子(dsRNA),(d)单链DNA分子(ssDNA),(e)自我杂交形成双链DNA分子的单链DNA分子,(f)包含转录为RNA分子的修饰的Pol III基因的单链DNA分子,(g)双链DNA分子(dsDNA),(h)包含转录为RNA分子的修饰的Pol III基因的双链DNA分子,(i)双链杂交的RNA/DNA分子,和(j)自我杂交形成结构基序(诸如茎环)的单链RNA分子(ssRNA),或其组合。在某些实施方案中,这些多核苷酸可以包含核糖核酸残基和脱氧核糖核酸残基两者。在某些实施方案中,这些多核苷酸包含化学修饰的核苷酸或非经典核苷酸。在该方法的某些实施方案中,多核苷酸包括通过分子内杂交形成的双链DNA、通过分子间杂交形成的双链DNA、通过分子内杂交形成的双链RNA、或通过分子间杂交形成的双链RNA。在多核苷酸是dsRNA的某些实施方案中,反义链将包含基本上与靶基因互补的至少18个核苷酸。在某些实施方案中,多核苷酸包括自我杂交形成具有至少部分双链结构的发夹结构的单链DNA或单链RNA,所述单链DNA或单链RNA包含至少一个将与从被靶向抑制的基因转录的RNA杂交的区段。无意受任何机制束缚,据信这样的多核苷酸是或将产生具有至少一个将与从被靶向抑制的基因转录的RNA杂交的区段的单链RNA。
本发明的多核苷酸分子被设计成通过诱导对植物中内源性靶基因的调控或抑制来调节表达,并且被设计成具有与植物的内源性靶基因的核苷酸序列或从植物的内源性靶基因转录的RNA序列基本相同或基本互补的核苷酸序列,其可以是编码序列或非编码序列。
“基本相同”或“基本互补”意指多核苷酸(或双链多核苷酸的至少一条链)与内源性基因或从内源性靶基因转录的RNA(例如,转录物)具有足够的同一性或互补性,以抑制内源性靶基因的表达(例如,以实现基因转录物和/或编码的蛋白的水平或活性的降低)。
本文提供的方法和组合物的多核苷酸不需要与内源性靶基因或从内源性靶基因转录的RNA(即,转录物)具有100%的同一性或互补性来抑制内源性靶基因的表达(即,以实现基因转录物或编码的蛋白的水平或活性的降低)。因此,在某些实施方案中,多核苷酸或其一部分被设计成与靶基因或从靶基因转录的信使RNA(例如,转录物)中的至少18个或19个连续核苷酸的序列基本相同或基本互补。在某些实施方案中,当与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA(例如,转录物)中的18个或更多个连续核苷酸的序列相比时,“基本相同”的多核苷酸具有100%的序列同一性或至少约83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的序列同一性。在某些实施方案中,当与靶基因或从靶基因转录的RNA中的18个或更多个连续核苷酸的序列相比时,“基本互补”的多核苷酸具有100%的序列互补性或至少约83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的序列互补性。
在某些实施方案中,在本文提供的方法和组合物中使用的多核苷酸可以与以下任何一种基本相同或基本互补:i)单子叶植物和双子叶植物两者的靶基因的保守区;ii)单子叶植物的靶基因的保守区;或iii)双子叶植物的靶基因的保守区。与这样的保守区基本相同或基本互补的这样的多核苷酸可以用于通过抑制各种双子叶植物中靶基因的表达来改进延迟的衰老和/或提高产量。
因此,包含与靶基因或转录物错配的多核苷酸可以用于本文提供的组合物和方法的某些实施方案中。在某些实施方案中,与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA(例如,转录物)基本相同或基本互补的19个连续核苷酸的多核苷酸可以与靶基因或转录物具有1个或2个错配。在某些实施方案中,与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA包含连续19个核苷酸跨度的同一性或互补性的20个或更多核苷酸的多核苷酸可以与靶基因或转录物具有1个或2个错配。在某些实施方案中,与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA(例如,转录物)基本相同或基本互补的21个连续核苷酸的多核苷酸可以与靶基因或转录物具有1个、2个或3个错配。在某些实施方案中,与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA包含连续21个核苷酸跨度的同一性或互补性的22个或更多核苷酸的多核苷酸可以与靶基因或转录物具有1个、2个或3个错配。在设计与内源性靶基因或从靶基因转录的RNA具有错配的多核苷酸时,可以使用更可能被容忍的某些类型的错配和某些位置处的错配。
根据一些实施方案,靶基因可以是SEQ ID NO:1-364中列出的任何靶基因以及可从其他作物获得的种间同源靶基因。
根据一些实施方案,植物可以是甘蓝型油菜植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQID NO:1-14、49-51、62-66、79-84、104-115、149-151、158-199、235-238、252-258、275-279、286-290、299-303、311-318、332-341和360-361中列出的任何核苷酸序列或其主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是甘蓝型油菜植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQID NO:365-378、413-415、426-430、443-448、468-479、513-515、522-563、599-602、616-622、639-643、650-654、663-667、675-682、696-705和724-725中列出的任何氨基酸序列或其主要部分的蛋白的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是甘蓝型油菜植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQID NO:1、2、9、49、62、79、80、104、149、150、158、235、252、275、276、286、299、311、332、333和360中列出的任何氨基酸序列或其主要部分的蛋白的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是甘蓝型油菜植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQID NO:1、2、9、49、62、79、80、104、149、150、158、235、252中列出的任何氨基酸序列或其主要部分的蛋白的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是甘蓝型油菜植物,并且多核苷酸可以具有SEQ IDNO:729-733中列出的核苷酸序列。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:15-42、67-72、116-148、152-157、200-224、239-245、291-294、304-310、319-325、342-351和362中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:15、16、22-31、67-69、116-124、152-155、200-204、239、240、291-293、304、305、319、320、342、343、345和362中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:15、16、67-69、116-124、152-155、200-204、239、240中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:379-406、431-436、480-512、516-521、564-588、603-609、655-658、668-674、683-689、706-715和726中列出的任何氨基酸序列或其任何主要部分的蛋白的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是大豆植物,并且多核苷酸可以具有SEQ ID NO:734-741中列出的核苷酸序列。
根据一些实施方案,植物可以是水稻植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:43-48、52-61、73-78、85-103、225-234、246-251、259-274、280-285、295-298、326-331、352-359、363-364中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是水稻植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:43、44、52-57、73-75、85、86、225-227、246-248、259-264、280、281、295-297、326、352、353和363中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是水稻植物,并且多核苷酸可以降低具有43、44、52-57、73-75、85、86、225-227、246-248、259-264中列出的任何核苷酸序列或其任何主要部分的靶基因的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是水稻植物,并且多核苷酸可以降低具有SEQ IDNO:407-412、416-425、437-442、449-467、589-598、610-615、623-638、644-649、659-662、690-695、716-723、727和728列出的任何氨基酸序列或其任何主要部分的蛋白的水平。每种可能性是单独的实施方案。
根据一些实施方案,植物可以是水稻植物,并且多核苷酸(即,dsRNA)可以具有SEQID NO:742-747中列出的核苷酸序列。
在某些实施方案中,本文提供的多核苷酸组合物和方法通常在被处理的植物的生命的数天到数周或更长的时间段期间并且通常以系统性方式实现基因表达的调控或调节(例如,抑制)。例如,在用本发明的多核苷酸组合物处理植物叶的数天内,可以在处理的叶的侧面和上方的其他叶中以及在顶端组织中检测到初级siRNA和传递性siRNA(transitive siRNA)。在某些实施方案中,提供了系统性抑制植物中的基因的表达的方法,该方法包括用包含至少一种多核苷酸和转移剂的组合物处理所述植物,从而与未用该组合物处理的对照植物相比,该基因在所述植物或其后代中的表达被系统性抑制,其中所述多核苷酸包含与编码该植物的靶基因的基因或转录物基本相同或基本互补的至少18个或至少19个连续核苷酸。
用于抑制靶基因的组合物可以包含与多于一个基因或者一个或更多个基因的多于一种片段基本相同或基本互补的一种或更多种多核苷酸。在某些实施方案中,用于抑制靶基因的组合物可以包含与靶基因的多于一个连续区段、靶基因的多于一个非连续区段、靶基因的多于一个等位基因或来自一个或更多个物种的多于一个靶基因基本相同或基本互补的一种或更多种多核苷酸。
在某些实施方案中,多核苷酸包含核苷酸序列(18个或更多个核苷酸的核苷酸序列)的两个或更多个拷贝,其中拷贝以串联方式排列。在另一种实施方案中,多核苷酸包含核苷酸序列(18个或更多个核苷酸的核苷酸序列)的两个或更多个拷贝,其中拷贝以反向重复方式排列(形成至少部分自我互补的链)。多核苷酸可以包含串联拷贝和反向重复拷贝两者。无论以串联还是反向重复方式排列,每个拷贝都可以直接与下一个拷贝相邻,或者拷贝对可以由任选的一个或更多个核苷酸的间隔区隔开。任选的间隔区可以是不相关的序列。
虽然对于可以用于本文提供的方法和组合物的多核苷酸分子的浓度和剂量没有上限,但为了效率,通常将寻求较低的有效浓度和剂量。浓度可以根据应用至植物叶或其他植物部分表面(诸如花瓣、茎、块茎、果实、花药、花粉、叶、根或种子)的喷洒或处理的体积来调整。
用于调节植物以使其被多核苷酸渗透的剂或处理的实施方案包括乳液、反乳液、脂质体和其他胶束样组合物。用于调节植物以使其被多核苷酸渗透的剂或处理的实施方案包括已知与核酸分子缔合的抗衡离子或其他分子,例如,无机铵离子、烷基铵离子、锂离子、多胺(诸如精胺、亚精胺或腐胺)和其他阳离子。用于调节植物以使其被多核苷酸渗透的有机溶剂包括DMSO、DMF、吡啶、N-吡咯烷、六甲基磷酰胺、乙腈、二噁烷、聚丙二醇、与水混溶或在非水性系统中会溶解磷酸核苷酸的其他溶剂(诸如用于合成反应)。可以使用具有或不具有表面活性剂或乳化剂的天然来源的油或合成油,例如,植物来源的油、作物油。
在某些实施方案中,作为L-77表面活性剂(具有CAS编号27306-78-1和EPA编号:CAL.REG.NO.5905-50073-AA,并且目前可从Momentive Performance Materials,Albany,N.Y.获得)商购可得的有机硅制剂可以用于制备多核苷酸组合物。在其中使用L-77有机硅制剂作为植物叶或其他植物表面的预喷洒处理的某些实施方案中,新鲜制备的按重量计在约0.015%至约2%(wt%)范围内(例如,约0.01wt%、0.015wt%、0.02wt%、0.025wt%、0.03wt%、0.035wt%、0.04wt%、0.045wt%、0.05wt%、0.055wt%、0.06wt%、0.065wt%、0.07wt%、0.075wt%、0.08wt%、0.085wt%、0.09wt%、0.095wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2.0wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.5wt%)的浓度在使叶或其它植物表面准备好以将多核苷酸分子从表面上的表面应用转移到植物细胞中是有效的。在本文提供的方法和组合物的某些实施方案中,使用或提供了一种组合物,该组合物包含多核苷酸分子和包含按重量计在约0.015%至约2%(wt%)范围内(例如,约0.01wt%、0.015wt%、0.02wt%、0.025wt%、0.03wt%、0.035wt%、0.04wt%、0.045wt%、0.05wt%、0.055wt%、0.06wt%、0.065wt%、0.07wt%、0.075wt%、0.08wt%、0.085wt%、0.09wt%、0.095wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2.0wt%、2.1wt%、2.2wt%、2.3wt%、2.5wt%)的L-77的有机硅制剂。
根据一些实施方案,包含有机硅制剂的多核苷酸组合物可以包含盐,诸如氯化铵、溴化四丁基鏻和/或硫酸铵。氯化铵、溴化四丁基鏻和/或硫酸铵可以在多核苷酸组合物中以约0.01%至约5%(w/v)的浓度提供。
根据一些实施方案,可用于本文提供的多核苷酸组合物中的其他有用的转移剂或转移剂的辅助剂包括表面活性剂和/或其中包含的有效分子。表面活性剂和/或其中包含的有效分子包括但不限于,脂肪酸(诸如牛脂或牛脂胺或磷脂)的钠盐或锂盐和有机硅表面活性剂。在某些实施方案中,包含转移剂的多核苷酸组合物和已知与核酸分子缔合的抗衡离子或其他分子一起配制。说明性实例包括四烷基铵离子、三烷基铵离子、锍离子、锂离子和多胺诸如精胺、亚精胺或腐胺。
在某些实施方案中,多核苷酸组合物还包含甘油。可以在组合物中以约0.1%至约1%(w/v或v/v)的浓度提供甘油。在包含转移剂的多核苷酸组合物中也可以使用约0.4%至0.6%或约0.5%(w/v或v/v)的甘油浓度。
在某些实施方案中,多核苷酸组合物还包含有机溶剂。合适的有机溶剂的非限制性实例包括但不限于DMSO、DMF、吡啶、N-吡咯烷、六甲基磷酰胺、乙腈、二噁烷、聚丙二醇、与水混溶或在非水性系统中会溶解磷酸核苷酸的其他溶剂(诸如用于合成反应)。
在某些实施方案中,多核苷酸组合物还包含具有或不具有表面活性剂和/或乳化剂的天然来源的油或合成油。合适的油的非限制性实例包括但不限于植物来源的油、作物油、石蜡油、多元醇脂肪酸酯或具有用酰胺或多胺(诸如聚乙烯亚胺或N-吡咯烷)改性的短链分子的油。
本发明的组合物和方法可以用于调节或抑制植物细胞或植物中内源性靶基因或转基因性靶基因的表达。在本文提供的方法和组合物的某些实施方案中,本文公开的多核苷酸靶向的基因的表达可被完全、部分和/或瞬时抑制,以导致提高的产率。
靶基因和包含这些靶基因的植物可从以下获得:i)行栽作物植物;ii)蔬菜植物;iii)烹饪植物;iv)水果植物;v)为观赏或商业用途而种植的树木;或vi)天然森林中的树木,或vii)观赏植物。本文提供的方法和组合物也可以应用于通过插条(cutting)、克隆或嫁接方法产生的植物。
本文提供的包含多核苷酸和转移剂的组合物可以通过任何方便的方法表面应用到植物或植物部分,例如用粉末,或用包括乳液、悬浮液或溶液中的任一种的液体组合物喷洒或涂布。这样的表面应用的喷洒或涂布可以是对植物或植物部分的表面的全部或任何部分。类似地,在某些实施方案中,包含转移剂或其他预处理的组合物可以通过任何方便的方法(例如,喷洒或擦拭溶液、乳液或悬浮液)应用到植物或植物部分。本文提供的包含多核苷酸和转移剂的组合物可以表面应用到植物部分,包括但不限于根、花、茎、块茎、分生组织、胚珠、果实、花药、花粉、叶或种子。
根据一些实施方案,组合物可以通过灌溉来提供,例如使用现有的或指定的灌溉系统。
本文特别提供了包含多核苷酸和转移剂的组合物向种子的应用。可以通过喷洒、雾化、浸渍等方式使种子与这样的组合物接触。根据一些实施方案,来源于处理的种子的后代植物、植物部分将表现出由于抑制靶基因的表达而引起的提高的产量。
在植物或植物部分上喷洒组合物的各种方法均可以用于将包含含有转移剂的多核苷酸的组合物表面应用到植物表面。在田间,组合物可以用延伸到作物上方并将组合物递送到植物表面的喷杆或用将组合物分布遍及广阔区域的无喷杆喷雾器来应用。在某些实施方案中也可以使用适于定向、散播或带状喷洒的农业喷雾器。也可以使用适合于喷洒植物特定部分(包括但不限于叶、叶的下表面、花、茎、雄性生殖器官诸如穗状雄花、分生组织、花粉、胚珠等)的喷雾器,组合物也可以空中递送,诸如通过作物撒播飞机。在某些实施方案中,可以用经校准以递送适当速率的组合物的加压背负式喷雾器递送喷雾(spray)。
在某些实施方案中,可以在收获前或收获后喷洒植物部分,以提高植物部分的产量。如前面描述的,该组合物可以通过喷雾表面应用到连接到植物的植物部分。组合物可以通过如前面描述的喷雾或通过替代方法表面应用到从植物分离的植物部分。用于将组合物应用到分离的部分的替代方法包括但不限于,通过传送带或槽将植物部分通过喷雾,或将植物部分浸渍在组合物中。
包含多核苷酸和转移剂的组合物可以根据期望和/或根据需要在一个或更多个发育阶段应用到植物或植物部分。在某些实施方案中提供了组合物向萌发前种子和/或萌发后幼苗的应用。可以通过以下方法用本文提供的多核苷酸组合物处理种子:包括但不限于喷洒、浸渍或提供多核苷酸组合物对种子的涂布、种子对多核苷酸组合物的吸胀和/或摄取的任何方法。可以使用种子分批处理系统或连续流动处理系统用多核苷酸组合物处理种子。种子处理也可以在实验室或商业规模的处理设备(诸如转鼓(tumbler),混合器,或盘式造粒机)中应用。用于处理种子的多核苷酸组合物可包含一种或更多种其它所需组分,包括但不限于液体稀释剂、用作多核苷酸基质的粘合剂、用于在胁迫条件下保护种子的填充剂、以及用于改进涂层的柔韧性、粘附性和/或铺展性的增塑剂。此外,对于包含很少填充剂或不含填充剂的油性多核苷酸组合物,可以添加干燥剂,诸如碳酸钙、高岭土或膨润土、珍珠岩、硅藻土或任何其他吸附材料。
在某些实施方案中提供了组合物在植物发育的早期、中期和晚期营养阶段的应用。在某些实施方案中还提供了组合物在早期、中期和晚期繁殖阶段的应用。还提供了组合物在不同成熟阶段向植物部分的应用。
以下实例被包括在内,以展示本发明的某些优选实施方案的实例。本领域技术人员应当理解,在以下实例中公开的技术代表了发明人发现在本发明的实践中发挥良好作用的方法,并且因此可以被认为构成用于其实践的优选模式的实例。然而,本领域技术人员应当理解,根据本公开内容,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以在所公开的特定实施方案中做出许多改变,并且仍然获得类似或相似的结果。
实施例
实施例1-验证改进的植物产量性状。
根据靶基因的转录和它所影响的期望性状来安排应用组合物(例如,通过灌溉或喷洒)的时机。适当时机的实例在表2中概述,其示出了基于靶向的基因(这里为甘蓝型油菜)及其指示应用组合物的合适时机的选定实例。根据特定基因表达的时机,即在预期的表达峰值之前一周、预期的表达峰值时和在其表达峰值之后一周,应用dsRNA混合物。在处理之后,检查与靶向的产量性状有关的植物表型,如例如在表2中概述的,表2示出了性状及其相关基因的选定实例。
实施例2-测试转移剂渗透性
为了测试转移剂的渗透性,将0.01%至1%或0.1-10mg/ml转移剂溶液喷洒在叶上,并使用标准方法评价接触角。
测试的转移剂的效率在图1中示出,其示出了在植物的叶上应用后,接触角(指示渗透)随时间推移的变化。如观察到的,与未应用转移剂时相比,所有测试的转移剂都显著降低了接触角。
实施例3-在甘蓝型油菜中通过靶向BRC1增加的分枝。
使用喷雾器将针对甘蓝型油菜(欧洲油菜)的BnBRC1(SEQ ID NO:1)的dsRNA分子(SEQ ID NO:730)以稀释在0.01%至1%或0.1-10mg/ml表面活性剂中的1ng/ml至1mg/ml的dsRNA浓度应用,这里所述表面活性剂是硅氧烷聚亚烷基氧化物共聚物(L-77AG),然而,也可以使用其他表面活性剂,诸如表1中列出的那些。从抽薹(bolting)开始到第二花序出现,应用BnBRC1(SEQ ID NO:730)dsRNA。
处理后,通过视觉检查评价植物的分枝。如图3中所示,其示出了表面应用dsRNA后欧洲油菜植物的说明性图像,植物的分枝显著增加(在模拟处理的对照植物中每株植物5-6个分枝(左图),而在BnBRC1 dsRNA处理的植物中每株植物9-10个分枝(右图),其中dsRNA包含SEQ ID NO:730中列出的序列)。
实施例4-dsRNA的异位应用影响温室和田间甘蓝型油菜的花瓣构型。
使用手动喷雾器将针对欧洲油菜基因BnPTL(SEQ ID NO:286)的dsRNA分子(SEQID NO:733)以稀释在0.01%至1%或0.1-10mg/ml表面活性剂中的1ng/ml至1mg/ml的dsRNA浓度应用,这里所述表面活性剂是硅氧烷聚亚烷基氧化物共聚物(L-77AG),然而,也可以使用其他表面活性剂,诸如表1中列出的那些。当植物达到70%至全茎长度时,应用dsRNA。
处理后,通过视觉检查评价花瓣的数量。图2示出了表面应用BnPTL dsRNA后甘蓝型油菜植物(这里是欧洲油菜)的初步说明性图像。在模拟处理的植物(左图)中,观察到正常的花瓣构型,而BnPTL dsRNA处理的植物(右图)显示出异常的花瓣构型(每朵花三个花瓣或不对称的花),表明了表面应用的dsRNA影响甘蓝型油菜植物的花瓣构型的能力。
实施例5-用于产量增加的dsRNA的异位应用——甘蓝型油菜
将甘蓝型油菜品种Belinda种子(欧洲油菜)播种在受控温室中的3升盆中,每盆一株植物,每天浇水施肥一次。用针对BnPTL基因(SEQ ID NO:286)的dsRNA分子(SEQ ID NO:733)(下文中在所有其他描述中称为处理‘A’)和针对BnBRC1基因(SEQ ID NO:1)的dsRNA分子(SEQ ID NO:730)(下文中称为处理‘B’)处理植物。根据如下表2中列出的植物的适当发育阶段,以稀释在表面活性剂(L-77AG)中的1μg/ml和10μg/ml的dsRNA的浓度应用处理,每株植物10ml。
对于‘A’(BnPTL dsRNA)的花形态和‘B’(BnBRC1 dsRNA)的分枝数量,在应用处理后一个月进行表型评价,并将结果与Ctrl(仅表面活性剂)比较。
方法
将甘蓝型油菜种子在以色列沙龙地区(32°10′1.55″N 34°52′33.96″E)的2x 1,000m2田中播种,分成12行,每行52m x 0.8m,每行间隔40cm的干净小径(clear lane)。
使用手推式播种机将种子以每粒种子之间约15cm的距离和2cm的深度播种。
将每行分为0.8m x 2m的块,以1m未处理的植物作为相邻不同处理之间的间隔分开,每块土地约70株植物。
测试了5种dsRNA,即:
1)针对欧洲油菜BnPTL基因(SEQ ID NO:286)的dsRNA分子(SEQ ID NO:733)——下文中称为处理‘A’,
2)针对欧洲油菜BnBRC1基因(SEQ ID NO:1)的dsRNA分子(SEQ ID NO:730)——下文中称为处理‘B’,
3)针对欧洲油菜BnCKX2基因(SEQ ID NO:158)的dsRNA分子(SEQ ID NO:731),下文中称为处理‘C’;
4)针对欧洲油菜BnKIN10基因(SEQ ID NO:62)的dsRNA分子(SEQ ID NO:732)——下文中称为处理‘D’;
5)针对欧洲油菜BnADPG基因(SEQ ID NO:235)的dsRNA分子(SEQ ID NO:729)——下文中称为处理‘E’。
对于每块土地,用200ml补充有dsRNA和表面活性剂的水喷洒dsRNA。在植物生长阶段期间根据每个选定基因的预期表达时间峰值(如在表2中列出的)应用dsRNA处理。
表2:用于每个基因的dsRNA应用及其表型评价的甘蓝型油菜植物的发育阶段。
对于每种处理,进行两个dsRNA剂量(1μg/ml或10μg/ml)和两个喷洒方案(在第1块田中进行1次或5次,以及在第2块田中进行1次或3次),如在表3中列出的。后续处理之间的间隔为一周。
表3-田间试验参数。
在相同时机的仅表面活性剂(没有dsRNA)用作对照(ctrl)。
每种处理在不同土地重复10次,使用“Solo”2升手动喷雾器以最小液滴尺寸进行喷洒。
在生长季结束时,手动收割土地,干燥一周,通过脱粒机(Classic ST,Wintersteiger,Germany)加工,并对每块土地/每种处理的净种子重量进行称重。
对所有田间数据进行了统计分析,以将每种dsRNA处理与其相关的Ctrl进行比较(P<0.1)。
使用指定的种子计数机(Contador,Pfeuffer,Germany)测量1000粒种子的重量,对每块土地5次重复,结合固定体积的总重量。在Biotechnology Engineering Faculty,Ben-Gurion University,Be’er Sheva,Israel使用己烷作为溶剂根据“Soxhlet”提取法测量油含量。
结果
处理A
花形态
对于处理‘A’,在应用dsRNA后三周评价花形态。
如从图2中观察到的,仅在dsRNA处理的植物中观察到花形态的改变。与对照相比,每个花序中至少有一朵花缺少一片花瓣。此外,与对照相比,在dsRNA处理的植物中花序发育和开花延迟了约2周。
光穿透百分比:
喷洒应用dsRNA(SEQ ID NO:733)后三周,测量花序基部处的光穿透百分比。在开花峰值后进行测量。对于应用的所有处理,与对照相比,dsRNA处理引起光穿透显著增加,即:1-1(1-1=1μg/ml,1次处理)、10-1(10-1=10μg/ml,1次处理)、1-5(1-5=1μg/ml,5次处理)和10-5(10-5=10μg/ml,5次处理)分别引起光穿透增加42.3%、45.1%、47.6%和50%。
这些结果表明通过异位施用靶向PTL的dsRNA分子来降低BnPTL表达(SEQ ID NO:286)降低了花瓣数量,这继而会导致增加对植物下部的光穿透,并会增加总光合作用效率和产量。
种子重量:
在第1块田中,处理1-5和10-5分别使种子重量增加了4.9%和9.4%(图5A)。在第2块田中,处理10-1使种子重量增加了17.5%(图5B)。
这些结果指示通过异位施用靶向BnPTL的dsRNA来降低BnPTL表达可以增加种子重量。
油含量:
在第1块田中,观察到dsRNA处理的植物一致的油含量增加,1.4%、1.9%和1.1%(分别为处理1-1、1-5和10-1——图6A)。
在第2块田中,观察到更大的增加,6%、2.4%、5.9%和2.3%(分别为处理1-1、1-3、10-1和10-3——图6B)。
这些结果指示,通过异位施用靶向BnPTL的dsRNA来降低BnPTL表达可以增加甘蓝型油菜植物的油含量。
处理B
分枝数量:
对于处理‘B’,在应用dsRNA后三周评价分枝的数量。
如从图3观察到的,作为dsRNA处理(10μg/ml)的结果,分枝数量增加,并且如从图4进一步观察到的,分枝数量的增加是剂量依赖性的(P<0.1)。
如从图7观察到的,示出了与对照相比,通过异位施用dsRNA(靶向BnBRC1的SEQ IDNO:730)靶向BnBRC1(SEQ ID NO:1)的表达导致处理1-1、1-5和10-5的分枝数量分别增加8.2%、5.9%和16.4%的田间结果。
处理C
种子重量:
如从图8A和图8B观察到的,通过异位施用靶向CKX2的dsRNA(SEQ ID NO:731)来靶向BnCKX2(SEQ ID NO:158)的表达导致测试的两块田的种子重量都增加。在第1块田中,处理1-1、1-5、10-1和10-5,增加分别为2.1%、1.3%、1.3%和4%(图8A)。在第2块田中,处理1-1、10-1和10-3分别使种子重量增加1.2%、15.6%和9%(图8B)。
1000粒种子重量和种子尺寸:
此外,相对于Ctrl,通过异位施用靶向BnCKX2的dsRNA来靶向BnCKX2的表达导致第1块田的处理1-1、1-5和10-1的1,000粒种子重量增加3.9%、3.5%和1.6%。处理1-1、1-5和10-5中的种子尺寸也分别增加1.1%、5.1%和1.2%。
在第2块田中,靶向BnCKX2引起处理1-3、10-1和10-3的1,000粒种子重量分别增加5.8%、1.5%和1.1%。处理1-3、10-1和10-3中的种子尺寸也分别增加4.1%、0.7%和3.8%。
这些结果清楚地表明,通过异位施用靶向BnCKX2的dsRNA来靶向BnCKX2的表达增加了甘蓝型油菜种子的重量和尺寸。
处理E
种子重量:
如在图9A和图9B中观察到的,通过异位施用靶向BnADPG1的dsRNA(SEQ ID NO:729)来靶向BnADPG1(SEQ ID NO:235)的表达导致测试的两块田的种子重量都增加。在第1块田中,处理1-1、1-5和10-1,增加分别为9.5%、9.4%、12%。在第2块田中,处理1-3、10-1和10-3分别使种子重量增加11.4%、14.2%和10.1%。
1000粒种子重量和种子尺寸:
相对于Ctrl,通过异位施用靶向BnADPG1的dsRNA来靶向ADPG1的表达导致第1块田的处理1-1、1-5、10-1和10-5的1,000粒种子重量增加4.5%、7.7%、6%和7%。处理1-1、1-5、10-1和10-5中的种子尺寸也分别增加6.8%、8.2%、1.1%和8.1%。
在第2块田中,靶向BnADPG1引起处理1-3、10-1和10-3的1,000粒种子重量分别增加14.7%、3%和13.3%。处理1-1、1-3、10-1和10-3中的种子尺寸也分别增加2%、13.3%、2.2%和9.6%。
这些结果清楚地表明,通过异位施用靶向BnADPG的dsRNA来靶向BnADPG1的表达可以增加甘蓝型油菜种子的重量和尺寸。
油含量:
在第1块田中,在BnADPG1-dsRNA处理的植物中观察到油含量增加(对于处理1-1、10-1和10-5分别为1.5%、2.2%和1.5%——图10A)。类似地,在第2块田中,与对照相比,在处理1-3、10-1和10-3中分别观察到2.1%、1.5%和4.1%的油含量增加(图10B)。
实施例6-用于产量增加的dsRNA的异位应用——水稻(Oryza sativa)
材料和方法:
将水稻(Oryza sativa spp.)种子播种在温室中的3升盆中,每盆一粒种子,每天浇水和施肥一次。
将植物用10μg/ml(在水和表面活性剂中)的下面列出的dsRNA处理:
1)针对水稻的OsBRC1(SEQ ID NO:43)的dsRNA分子(SEQ ID NO:742),
2)针对水稻的OsPIN5b(SEQ ID NO:86)的dsRNA分子(SEQ ID NO:744),
3)针对水稻的OsSKIN1(SEQ ID NO:52)的dsRNA分子(SEQ ID NO:746),
根据植物发育阶段应用dsRNA,如下表4中列出的。
表4:用于特定dsRNA处理的水稻(O.sativa)植物发育阶段。
dsRNA | 处理的发育阶段 |
SEQ ID NO:742 | 腋芽开始出现 |
SEQ ID NO:744 | 植物处于最大分蘖数量 |
SEQ ID NO:746 | 植物处于种子灌浆阶段 |
在应用dsRNA后1个月对处理进行评价,并与Ctrl进行比较。对于OsBRC1,评价了腋生分蘖的数量,对于OsPIN5b,评价了穗的数量,并且对于OsSKIN1,评价了种子尺寸。测量了所有处理的总种子重量。
结果
在处理后1个月,对用靶向水稻植物的OsBRC1的dsRNA(SEQ ID NO:742)处理的植物的分蘖总数进行计数并与对照进行比较。令人感兴趣的是,用低浓度的OsBRC1-dsRNA处理植物引起分蘖数量的略微增加,而高浓度引起分蘖数量减少(图11)。这指示靶向OsBRC1的dsRNA可以用于控制水稻的分蘖数。
在处理后3个月,与对照相比,评价了用靶向OsPIN5b的dsRNA(SEQ ID NO:744和SEQ ID NO:745)处理的水稻植物的穗的数量。
在处理后3个月,测量了所有处理的总种子重量。
实施例7-用于产量增加的dsRNA的异位应用——大豆(Glycine max)
材料和方法:
将大豆(Glycine max,Williams82品种)种子播种在温室中的3升盆中,每盆一颗种子,每天浇水和施肥一次,或根据需要。
测试了几种旨在引起表型改变和增加产量的dsRNA应用的实例(如以下指定的):
1)针对大豆的GmBRC1(SEQ ID NO:15)的SEQ ID NO:734。
2)针对大豆的GmJAG1(SEQ ID NO:153)的SEQ ID NO:738。
3)针对大豆的GmBS1(SEQ ID NO:116)的SEQ ID NO:736。
4)针对大豆的GmPLDα1(SEQ ID NO:124)的SEQ ID NO:740。
根据植物发育阶段应用dsRNA,如下表5中列出的。
表5:用于特定dsRNA处理的大豆(G.max)植物发育阶段。
dsRNA | 处理的发育阶段 |
SEQ ID NO:734 | 抽薹阶段 |
SEQ ID NO:738 | 开花阶段 |
SEQ ID NO:736 | 种子灌浆阶段 |
SEQ ID NO:740 | 种子灌浆阶段 |
dsRNA以两次喷洒应用,第1次喷洒在基因表达时间的假定峰值处,并且第2次喷洒在两周后。dsRNA以稀释在表面活性剂(L-77AG)中的1μg/ml或10μg/ml的浓度应用,每份10ml,覆盖整株植物表面,每种处理六盆/六株植物。每种dsRNA试验以六个重复进行。
在应用dsRNA后1个月对处理进行评价,并与Ctrl进行比较。对于GmBRC1靶向,评价了腋生分枝的数量;对于GmJAG1靶向,评价了每个荚的种子数量;对于GmBS1靶向,评价了种子尺寸;并且对于GmPLDα1,评价了种子重量/灌浆。此外,测量了所有处理的总种子重量。
结果
在处理后1个月,评价了用靶向GmBRC1的dsRNA处理的植物的腋生分枝的总数量。如在图12中观察到的,与Ctrl植物相比,dsRNA处理的植物具有更高数量的分枝。感兴趣的是,对于较低的dsRNA浓度,观察到最大的增加(54.1%)。
在靶向GmJAG1的dsRNA处理后1个月,评价了植物的每个荚的种子总数量。
在植物的荚完全干燥后,评价了用靶向GmBS1的dsRNA处理的植物的种子尺寸,并评价了用靶向GmPLDα1的dsRNA处理的植物的总种子重量。
虽然已经说明和描述了本发明的某些实施方案,但应清楚的是,本发明不限于本文描述的实施方案。不偏离如所附权利要求书描述的本发明的精神和范围的许多修改、改变、变化、替代和等同物对于本领域技术人员将是明显的。
Claims (17)
1.一种组合物,包含:
dsRNA分子,所述dsRNA分子包含与植物基因或所述植物基因的转录物的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸;和
转移剂,所述转移剂被配置为促进所述dsRNA分子向到所述植物的细胞中的渗透;
其中所述dsRNA分子向所述植物的细胞中的渗透引起所述基因表达的瞬时降低,以及
其中所述基因表达的瞬时降低引起所述植物的性状的改变,所述植物的性状选自由以下组成的组:增加的分枝、增加的籽粒灌浆、增加的T6P水平、增加的穗数量、增加的种子灌浆、增加的种子数量、增加的种子尺寸、减少的破碎、减少的脱落组织形成、增加的分蘖数量、增加的植物抽穗、花瓣减少、角果尺寸增加、晚开花或早开花、延迟的衰老及其任何组合。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述植物基因选自ADPG1、PTL、CKX2、BRC1、KIN10、SKIN1、PIN5b、JAG1、BS1、PLDα1和/或其任何同源物或组合。
3.根据权利要求1所述的组合物,其中所述植物基因选自ADPG1、PTL、CKX2、BRC1和/或其任何同源物或组合。
4.根据权利要求1所述的组合物,其中所述植物是甘蓝型油菜植物,并且其中所述dsRNA分子包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ ID NO:599、SEQ ID NO:650、SEQ ID NO:522和SEQ ID NO:365中列出的氨基酸序列中的任一种。
5.根据权利要求1所述的组合物,其中所述植物是大豆植物,并且其中所述dsRNA分子包含与以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQID NO:379、SEQ ID NO:603、SEQ ID NO:655、SEQ ID NO:564、SEQ ID NO:517、SEQ ID NO:480和SEQ ID NO:488中列出的氨基酸序列中的任一种。
6.根据权利要求5所述的组合物,其中所述植物是大豆植物,并且其中所述dsRNA分子包含以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ IDNO:379、SEQ ID NO:517、SEQ ID NO:480和SEQ ID NO:488中列出的氨基酸序列中的任一种。
7.根据权利要求1所述的组合物,其中所述植物是水稻植物,并且其中所述dsRNA分子包含以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ IDNO:407、SEQ ID NO:610、SEQ ID NO:659、SEQ ID NO:589、SEQ ID NO:416和SEQ ID NO:450中列出的氨基酸序列中的任一种。
8.根据权利要求7所述的组合物,其中所述植物是水稻植物,并且其中所述dsRNA分子包含以下序列的一部分基本相同或基本互补的至少18个连续核苷酸,所述序列编码SEQ IDNO:407、SEQ ID NO:416和SEQ ID NO:450中列出的氨基酸序列中的任一种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的组合物,其中所述dsRNA分子的长度为至少约50个碱基。
10.根据权利要求9所述的组合物,其中所述dsRNA分子的长度为至少约200个碱基。
12.一种方法,所述方法用于将权利要求1-11中任一项所述的组合物表面应用至植物表面。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述应用包括将所述组合物喷洒到植物表面上。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述组合物用延伸到作物上方的喷杆、无喷杆喷雾器、农业喷雾器、作物撒播飞机、加压背负式喷雾器、履带喷雾器或实验室喷雾器/浸没器喷洒到植物表面上。
15.根据权利要求12所述的方法,其中所述应用包括通过灌溉系统提供所述组合物。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法,其中所述植物表面是选自由以下组成的组的一种或更多种植物部分的表面:下胚轴、子叶、叶、花、茎、穗状雄花、分生组织、花粉、胚珠和果实。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法,还包括将应用所述组合物的时机安排在所述植物的期望发育阶段。
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