WO2009156496A1 - Plant improvement method - Google Patents

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WO2009156496A1
WO2009156496A1 PCT/EP2009/058016 EP2009058016W WO2009156496A1 WO 2009156496 A1 WO2009156496 A1 WO 2009156496A1 EP 2009058016 W EP2009058016 W EP 2009058016W WO 2009156496 A1 WO2009156496 A1 WO 2009156496A1
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WO
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polynucleotide
maize
allele
corn
sbpl
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/058016
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French (fr)
Inventor
Cédric RIBOULET
Yves Barriere
Françoise FABRE
Original Assignee
Genoplante-Valor
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8242Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
    • C12N15/8243Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
    • C12N15/8255Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine involving lignin biosynthesis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)

Definitions

  • the present invention relates to the field of plant breeding, in particular the improvement of digestibility (proportion of a digested food in the digestive tract) and ingestibility (quantity of a feed distributed ad libitum which is spontaneously ingested by the animal) corn fodder.
  • This invention also relates to the field of production of biofuels (bio fuels or biogas) second generation, since what makes the degradability of the lignocellulosic plant substrate is similar for both purposes.
  • Maize is particularly used as feed for ruminants, and the nutritional value of silage maize can be improved by reducing the lignin content, by modifying the monomeric composition of lignins and the types of linkages between monomers, or by modifying the relationships between parietal components (in particular lignin x hemicellulose bonds and hemicellulose chain linkages).
  • improving digestibility by modifying the lignin biosynthetic pathway can be counterbalanced by plants with poor agronomic qualities (such as lodging problems, or greater susceptibility to pathogens).
  • Another way would consist in modifying the friability of the wall, in particular by modifying the bonds between lignins and sugars (cellulose and hemicelluloses).
  • Corn silage is an interesting feed: field yield is relatively high, harvesting and storage are easy, palatability and energy value are stable, and this forage can easily be supplemented with protein by other forage silage.
  • fodder or especially oilseed meal (soybean, rapeseed, sunflower).
  • oilseed meal sesame, rapeseed, sunflower.
  • Different experiments have shown that feeding livestock with a more ingestible and more digestible corn can increase the level of milk production permitted by the corn ration of one to four kilograms per cow per day, with equal or greater weight gain, compared to conventional elite maize feeding.
  • Optimizing the qualities of corn silage thus consists in to increase the net ingested energy provided by this type of diet by improving its digestibility and its qualities, and in particular by modifying the biochemical and physical characteristics of the lignocellulosic polymers.
  • Lignins form with cellulose and hemicelluloses the major components of the plant wall of grasses.
  • the plant wall mainly offers the cell a natural barrier against the outside.
  • Many agronomic or industrial sectors have their yields directly related to the content and / or composition of lignins in the wall. Among them, it is possible to mention the paper industries, the production of second-generation biofuels or the production of silage or hay.
  • the selection or obtaining of corn plants more ingestible and more digestible, including the pathway of biosynthesis of lignins and phenylpropanes is modified is one of the preferred areas for improving maize.
  • selected plants should have good yields and be insensitive to various stresses (mechanical, watery, biotic ).
  • Lignins are insoluble polymers of 3 monomers of p-hydroxycinnamic alcohols, or monolignols, with the alcohol?-Coumaryl (H subunits), the coniferyl alcohol (G subunits, which are associated with ferulic acids and diflerulics) and sinapyl alcohol (S subunits, to which is associated with the acid? - coumaric).
  • H subunits the coniferyl alcohol
  • G subunits which are associated with ferulic acids and diflerulics
  • sinapyl alcohol S subunits, to which is associated with the acid? - coumaric.
  • the three monolignols and ferulic and p-coumaric acids are derived from the phenylpropanoid pathway (Neish, 1968, Constitution and Biosynthesis of Lignin, eds New York, Springer Verlag 1-43).
  • Each type of monolignol can form a variety of bonds with others and thus constitute lignins.
  • Other strategic links with respect to the biodegradability of the walls are also established between parietal compounds (ferulate bridge between hemicellulose chains and between lignins and hemicelluloses) to form a complex, rigid network, and little accessible to microbial enzymes.
  • the object of the present application is to provide a person skilled in the art with a plant, and particularly a maize which does indeed have improved ingestibility and digestibility, by deregulation of the expression of the enzyme SBP1, and in particular by setting point of a favorable allele of the enzyme SBPl (called SBPl-L), which contains a deletion of a glutamine codon in the first exon, an insertion of twelve nucleotides in the intron.
  • SBPl-L a favorable allele of the enzyme SBPl
  • sequence of a cDNA (GenBank NM OO1 112606) is represented by SEQ ID NO: 2, the coding portion extending from nucleotides 31 to 1222 for this sequence. It is clear that these sequences are given only as examples, and that one skilled in the art is able to identify itself the genomic and / or mRNA sequences of the enzyme SBP1 for different varieties. of corn. It is anticipated that such sequences have a percentage of identity as described below with SEQ ID No. 2.
  • the maize according to the invention exhibits a quantitative and / or qualitative alteration of the synthesis of lignins and parietal phenylpropanes.
  • quantitative alteration of lignin synthesis is meant a decrease in the amount of lignins in the modified maize according to the invention compared to a normal maize (unmodified control according to the invention), evaluated, for example by measuring Klason lignin or lignin obtained by acid detergent (lignin detergent acid) according to methods well known in the art (see for example Jung et al, J. Agric Food Chem 1999 May; 47 (5): 2005 Jung et al., J. Dairy Sci., 1997 Aug; 80 (8): 1622-8).
  • the inventors have in fact located the SBPl enzyme of maize and established that there is a co-localization between this gene and QTL linked to digestibility. It has also been shown that this gene is under-expressed in more ingestible and more digestible maize.
  • the SBP1 gene has been identified by Scott-Craig et al (Plant Physiol., (1998) 116: 1083-1089) who have described it as a protein for resistance to certain herbicides, although they have noted a similarity with O-methyl transferases. However, the authors of this publication have stated that this protein does not have a pattern found in other OMTs involved in O- methylation of phenolic compounds. However, homology research suggests that this gene encodes an OMT. In particular, it shares 30% identity and 54% similarity to the corn COMT sequence (these are the highest percentages).
  • a genomic DNA sequence of SBP1 is represented by SEQ ID No. 1.
  • the corresponding polypeptide sequence is represented in the attached sequence listing under the number SEQ ID No. 3.
  • the coding region generally consists of a 79 base pair (bp) intron and 2 exons.
  • bp base pair
  • the length of the intron is 91 bp.
  • SEQ ID NO: 4 The genomic DNA sequence of SBP1 obtained from the high digestibility corn line, containing the insertion of 12 nucleotides into the intron is represented by SEQ ID NO: 4.
  • the subject of the present invention is thus a process for improving the digestibility and the ingestibility of a plant, and preferably a grass, and more preferably a maize, characterized in that the kinetics of expression are modified, and / or totally or partially inhibits the expression and / or activity of the enzyme
  • Said plant is in particular maize, rice, sorghum, millet, wheat and other straw cereals, or a forage plant.
  • SBP1 enzyme is used to define any protein whose polypeptide sequence has at least 75%, preferably at least 85%, or at least
  • Total or partial inhibition of the expression and / or activity of the SBP1 enzyme can be obtained in various ways known to those skilled in the art.
  • the expression of the gene coding for SBP1 is reduced by mutagenesis or by inhibition or modification of its transcription or translation.
  • Mutagenesis of the gene coding for SBP1 can take place at the level of the coding sequence or expression regulation sequences, in particular of the promoter. For example, it is possible to delete all or part of said gene and / or to insert an exogenous sequence.
  • insertional mutagenesis a large number of individuals derived from an active plant for the transposition of a transposable element (AC element or Mutator in maize) are produced and selected by example by PCR, the plants in which an insertion was carried out in the SBP1 gene, or in the vicinity with consequent effect on translation or expression.
  • Inhibition of the SBP1 gene can be achieved by any means known in the art.
  • the mutations of interest have the consequence of shifting the reading frame and / or of introducing a stop codon into the sequence and / or of modifying the level of transcription and / or translation of the gene and / or of making the enzyme less active than the wild-type protein.
  • the plants thus mutated are screened for example by PCR, using primers located in the target gene.
  • other screening methods such as Southern blots or AIMS screening described in WO 99/27085 (for detecting insertions) can also be used, using probes specific for the target genes, or methods of screening. detection of point mutations or small insertions / deletions using particular endonucleases (CeI I, Endo I) as described in WO 2006/010646.
  • the inhibition is achieved by transformation of the plant with a vector containing a sense or anti-sense construct of the target gene.
  • RNA interference RNA interference
  • This method is well known to those skilled in the art and consists of transforming the plant with a construct producing, after transcription, a double-stranded duplex of RNA, one of whose strands is complementary to the mRNA of the gene. target (for review on post-transcriptional inhibition techniques, Chicas and Macino, EMBO reports, 21 (11), 992-996,2001, for review on the use of interfering RNAs, Hannon, Nature, 418,244-251, 2002).
  • the present invention thus particularly relates to the use of at least one polynucleotide chosen from: a) a polynucleotide encoding an SBPl enzyme as defined above, and represented by SEQ ID No. 3; b) a polynucleotide complementary to a polynucleotide a) above; c) a fragment of at least 12 consecutive nucleotides, preferably at least 15, advantageously at least 20, and most preferably at least 50 consecutive nucleotides, specific for a polynucleotide a) or b) above, or capable of selectively hybridizing with said polynucleotide, d) a polynucleotide containing a polynucleotide X containing at least 12 nucleotides, preferably at least 15, advantageously at least 20, and most preferably at least 50 nucleotides capable of selectively hybridize with a polynucleotide defined in a), as well as a complementary polynucleo
  • a polynucleotide containing the genetic information for the synthesis of the SBP1 protein represented by SEQ ID No. 3, or of a protein having at least 94%, or 95% or 97% identity, is defined herein as the polynucleotide encoding SBP1. with SEQ ID No. 3.
  • genomic DNA for example the sequence SEQ ID No. 1 represented in the appendix, as well as the corresponding cDNA (SEQ ID No. 2).
  • a specific fragment of polynucleotide a) or b) above is a fragment of said polynucleotide whose sequence is not found in other genes of the same plant.
  • a polynucleotide capable of hybridizing selectively with polynucleotide a) or b) above is a polynucleotide which when hybridized under stringent conditions with a nucleic acid library of the same plant (especially a DNA library genomic, or cDNA) produces a detectable hybridization signal at least 2 times higher, and preferably at least 5 times higher than the background with said polynucleotide, but produces no detectable signal with other sequences of said library .
  • a nucleic acid library of the same plant especially a DNA library genomic, or cDNA
  • Those skilled in the art are able to define the stringency of the hybridization conditions, which depend on the size and base composition of the polynucleotide concerned, as well as the composition of the hybridization mixture (in particular pH and ionic strength).
  • stringent conditions for a polynucleotide of size and sequence data are obtained by operating at a lower temperature of about 5 0 C to 10 0 C above the melting temperature (Tm) of the hybrid formed, in the same reaction mixture, with this polynucleotide and its complement.
  • the subject of the present invention is in particular a method for increasing the digestibility and the ingestibility of a plant, by total or partial inhibition of the endogenous SBP1 enzyme of said plant, characterized in that it comprises the transformation of said plant with a recombinant DNA construct comprising a polynucleotide as defined above, placed in a sense orientation or in antisense orientation, or can be transcribed into double-stranded RNA, under transcriptional control of a suitable promoter.
  • the present invention also relates to recombinant DNA constructs comprising a polynucleotide as defined above.
  • constructs are in particular expression cassettes, comprising a polynucleotide as defined above, under transcriptional control of a suitable promoter.
  • expression cassettes may also contain other regulatory elements, in particular transcriptional regulatory elements such as terminators, amplifiers.
  • Recombinant vectors which comprise polynucleotides as defined according to the invention or an expression cassette according to the invention are also objects of the invention.
  • Such vectors may also comprise other elements, for example one or more selection markers, and may especially be used for obtaining transgenic plants.
  • promoters that may be used in the context of the present invention, mention may be made of the constitutive promoters, such as the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV), or its derivatives, the promoter Cassava vein mosaic virus (CsVMV) (WO 97/48819), ubiquitin promoter or Actin-Intron-actin promoter, rice (McElroy et al., Mol. Gen. Genet., 231). , 150-160, 1991; GenBank S 44221).
  • constitutive promoters such as the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV), or its derivatives, the promoter Cassava vein mosaic virus (CsVMV) (WO 97/48819), ubiquitin promoter or Actin-Intron-actin promoter, rice (McElroy et al., Mol. Gen. Genet., 231). , 150-160, 1991; GenBank S 44221).
  • Inducible or tissue-specific promoters can also be used. This makes it possible to induce inhibition of SBP1 only at certain stages of the plant's development, under certain environmental conditions, or in certain target tissues, such as, for example, stems, leaves, seeds, spathes, the cortex or xylem. It is thus possible to use the promoters of genes involved in the synthesis of lignins such as the COMT promoters, CCoAOMT, C4H, etc.
  • transcriptional regulatory elements such as terminators, and in particular the 3'NOS terminator of nopaline synthase (Depicker et al., J. Mol Appl., Genet., 1, 561-573, 1982) are also advantageously used. or the 3'CaMV terminator (Franck et al., 21,285-294,1980, GenBank V00141).
  • the marker genes of selection that may be used in the context of the present invention are, in particular, genes conferring resistance to an antibiotic such as hygromycin, kanamycin, bleomycin or streptomycin, or to a herbicide (EP 0 242 246) such as glufosinate, glyphosate or bromoxynil.
  • nptll gene which confers resistance to kanamyine can thus be used.
  • Plant transformation can be carried out by many methods, known in themselves to those skilled in the art.
  • the transformation can thus be carried out by transfer of the vectors according to the invention into protoplasts, in particular after incubation of the latter in a solution of polyethylene glycol (PG) in the presence of divalent cations (Ca 2+) according to the method described in the article.
  • PG polyethylene glycol
  • Ca 2+ divalent cations
  • Agrobacterium tumefaciens in particular according to the method described by Ishida et al.
  • the subject of the present invention is also the plant cells and the transgenic plants that can be obtained by a method according to the invention, and the cells and plants containing a recombinant polynucleotide or an expression cassette as defined above.
  • the invention also relates to the plant cells and to the plants obtained after mutation of the gene coding for SBP1 so that this results in an inhibition of the expression and / or the activity of said enzyme.
  • the present invention encompasses plants derived from plants according to the invention, which are in particular descendants, in particular hybrids resulting from a cross involving at least one plant according to the invention, obtained by planting or by vegetative propagation, plants according to the invention or obtained directly or indirectly by a method according to the invention.
  • the invention also includes plant cells and tissues, as well as organs or parts of plants, including leaves, stems, roots, flowers, fruits, and / or seeds obtained from a plant according to the invention.
  • the invention applies to corn and cells and tissues derived from corn.
  • the present invention also relates to a maize selection process, characterized in that it comprises the search for an allele of the SBPl gene having a mutation resulting in an improvement in the digestibility and ingestibility of said maize.
  • said mutation results in a total or partial inhibition of the expression and / or the activity of the SBP1 protein.
  • Said allele can be searched by direct detection of the mutation responsible for the inhibition; it can also be sought by detecting the allelic form associated with this mutation of a polymorphism in linkage disequilibrium therewith. For example, the presence of the 12 nucleotides inserted into the intron of SBPl can be detected directly.
  • pairs of primers which selectively amplify the intron of the SBP1 gene, and detect the insertion of the 12 nucleotides by comparison of the size of the amplified fragment with the fragment obtained from a corn that does not contain these nucleotides.
  • the digestibility-friendly mutant alleles thus identified can then be introgressed in selected lines, and especially in elite lines, namely lines with significant agronomic and commercial potential.
  • the invention thus also relates to a particular allele of the SBPl gene, which is associated with a better digestibility. This allele is called SBPl-L.
  • the invention thus relates in particular to a corn plant, or a corn grain having said SBPL-L allele, and methods for obtaining them.
  • the invention relates to a plant or maize grain having a mutated SBPl allele, said mutation resulting in inhibition of the expression and / or activity of SBP1 (relative to a quasi-isogenic corn not having the mutation), and not being SBPl-L.
  • the corn according to the invention is an "elite" corn.
  • elite maize is corn intended to produce hybrids intended to be marketed by crossing with another elite maize.
  • An elite maize is defined as such in relation to the territory envisaged for marketing, as well as the agronomic character (s) sought for hybrid offspring. This includes a corn that can be included in a reference catalog.
  • the offspring is intended for animal feed, one will look for example a high and regular yield in tonnage of dry matter per hectare and a good ingestibility and digestibility, when one evaluates the nature "elite corn” .
  • biofuels such as biofuels or biogas
  • hybrids obtained from it are compared to commercial reference hybrids (sold for the same purpose in the same region), field trials, survey surveys, and control measures. agronomic traits appropriate to the objective sought.
  • a corn is defined as elite if the results obtained parameters studied for a hybrid obtained by crossing said maize are greater than 90% to the results recorded for the same parameters of the reference hybrids.
  • the digestibility character and the wall components are notably studied.
  • NIRS Near-infrared reflectance spectroscopy
  • an elite maize is a corn gathering the maximum of agronomic characteristics necessary for an economic penetration of the target market.
  • the implementation of the present invention makes it possible to obtain an elite maize intended for the marketing of hybrids for animal feed and silage, or the production of biofuels presenting Pallthrough SBPl-L.
  • This elite maize is homozygous for the SBPl-L allele.
  • the invention makes it possible to obtain a hybrid maize obtained by crossing two homozygous parent lines, said hybrid maize having an SBPL-L allele.
  • This hybrid maize can be homozygous (if each homozygous parent has the SBPL-L allele) or heterozygous for the allele
  • transgenes conferring male sterility, male fertility, resistance to a herbicide (in particular glyphosate, glufosinate, imidazolinone, sulfonylurea, L-phosphinotricin, triazine, benzonitrile), insect resistance (especially a transgene encoding a toxin of Bacillus thuringiensis), tolerance to water stress.
  • a herbicide in particular glyphosate, glufosinate, imidazolinone, sulfonylurea, L-phosphinotricin, triazine, benzonitrile
  • insect resistance especially a transgene encoding a toxin of Bacillus thuringiensis
  • the present invention also provides those skilled in the art with the means to select corn plants having improved fungal pathogen tolerance characteristics. It suffices to carry out a PCR, or a Southern blot (genomic DNA hybridization on membrane) to monitor the presence of the insertion of 12 nucleotides in the first intron of the gene coding for SBP1. Those skilled in the art can easily determine the primers and probes for identifying the presence of the SBPL-L allele. The invention thus also relates to a method for monitoring the SBPL-L allele by means of molecular biology techniques, and in particular via PCR using the primers mentioned in the examples.
  • the invention also relates to a method for obtaining a maize line having a better ingestibility and digestibility, comprising the step of introgression of the SBPL-L allele, in a reference line, having a quality agronomic character.
  • the introgression of the character is notably carried out by selection, according to methods known in the art (crosses and selfing). Plants are selected in particular using molecular markers.
  • a series of backcrosses is performed between the elite line and the line bearing the SBPL-L allele.
  • the integrated fragment carries the SBPL-L allele as well as flanking chromosomal regions derived from
  • the invention thus relates to a method for obtaining corn having increased digestibility and ingestibility, comprising introgressing the SBPL-L allele in said maize, comprising the steps of: a) crossing a first corn line exhibiting the SBPL-L allele with a second maize not having the said allele, b) genotyping the progeny obtained and selecting the progeny with the SBPL-L allele, c) backcrossing said descendants with said second elite maize line usable for the production of hybrids, d) repeating if necessary steps b) and c) until obtaining an isogenic line of said second maize, having the SBPL allele -L, e) optionally, perform a self-fertilization to obtain a homozygous plant for the SBPl-L allele.
  • step b) is preferably carried out using molecular markers (microsatellite markers for example), making it possible to define the share of each of the two parents in the offspring.
  • Maize which has the appropriate genetic character with respect to the SBPL-L allele, is conventionally selected in the offspring by conventional molecular biology methods (such as PCR or Southern Blot).
  • step b) the offspring with the best genome ratio are selected for the second maize.
  • Maize obtained from step d) or e) can be used to create hybrids, or multiplied as parents.
  • the descendants are thus maize derived maize obtained by the selection process mentioned above.
  • the increased digestibility and ingestibility of maize according to the present invention is understood to be relative to a quasi-isogenic corn that does not include the SBPL-L allele, and is measured by NIRS, as described above or by the decrease in crosslinking ferulic acid and the amount of lignins (Lignin Acid Detergent) after isolation of the walls (Neutral Detergent Fibers), according to methods known to those skilled in the art.
  • NIRS NIRS
  • the invention relates to the use of a maize according to the invention, obtained by a process according to the invention, or derived from such a maize (in particular a hybrid maize of which at least one of the two parents is a corn according to the invention or has been obtained by a process according to the invention) for the preparation of a composition intended for animal feed, a method for the preparation of a composition intended for animal feed comprising silage of a corn according to the invention, as well as the composition intended for animal feed, thus obtained.
  • said maize is particularly useful for feeding cattle, or for the production of biofuels, including biofuels or biogas.
  • RNA was isolated from 2 g of each sample, and the material resuspended in the extraction buffer (100 mM Tris, pH 8.0, 100 mM LiCl, 10 mM EDTA, 1% SDS, 1% PVPP, 1% PVP, 770 mg / l DTT) and extracted twice with phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1).
  • Total RNA was precipitated with 2 M LiCl at 4 ° C overnight and centrifuged (45 min at 12,000 rpm and 4 ° C). The pellet was resuspended in sterile distilled water.
  • RNA was then purified with the RNeasy Midi kit (Qiagen, Ref 75144), and subjected to DNA digestion with the RNase-free DNase kit (Qiagen, Ref 79254) for 45 min at 30 ° C.
  • RNA was measured at 260 nm with a Biophotometer (Eppendorf) and visualized on 1.5% agarose gels. The RNA concentration was adjusted to 1 ⁇ g / ⁇ l for future use.
  • a membrane containing labels specific for 691 genes (gene-specific tags (GSTs)), described by Guillaumie et al (Plant Physiol, 2007 Jan, 143 (I): 339-63), was used.
  • GSTs gene-specific tags
  • the synthesis of cDNA probes, membrane hybridization and data analysis were performed according to Pesquet et al. (Plant Physiol 2005 Dec 139 (4): 1821-39) and Guillaumie et al. (op cit). Each gene was deposited twice on two membranes, corresponding to four replicates (20 x 20 cm Nytran Super-Charge Membrane Nylon, Schleicher and Schuell, Keene, NH, USA). Two independent hybridizations were performed for each sample.
  • SBP1 gene is differentially significantly differentiated. This gene is under-expressed in line FI16 with an intensity ratio F116 / F2 equal to 0.39. This gene has been cloned by Scott-Craig et al. (Plant Physiol (1998) 116: 1083-1089) in corn line B73, and was believed to be involved in plant protection mechanisms against chloroacetanilide and thiocarbamate herbicide-related injuries. The normal role of SBP1 in maize metabolism has not been elucidated, although some studies have linked it to possible involvement in lignification (Scott-Craig et al., 1998). The inventors have also shown its involvement in the biosynthesis of ferulic acid and probably S units.
  • RNA samples were also used to perform a study on a DNA chip.
  • This chip contains 57,000 corn-specific oligonucleotides.
  • RNA samples which were labeled with a Cy3 and Cy5 system with Ambion Amino Allyl MessageAmp kit (ref 1752, www.ambion.com), were reverse transcribed. The samples were hybridized to the slides and incubated overnight at 37 ° C on a Slide Booster (Advalytix, www.advalytix.com). After hybridization, the slides were scanned.
  • loess method For data normalization, the loess method has been used, and allows for A-dependent local normalization.
  • SBP 110 forward 5'-GAGCACACTTGACTAGTC-3 '(SEQ ID NO: 6), SBP 110 reverse 5'-CAGAAGCCATTGCT AGAG -3 '(SEQ ID NO: 7); SBPl I forward 5'-CACATACACAAGCACAAGCG-3 '(SEQ ID NO : 8), SBP I I reverse 5'-
  • SBP1 21 forward 5'-GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3 '(SEQ ID NO: 10), SBP 1 21 reverse 5'- GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3 '(SEQ ID NO: 11); SBP1 31 forward 5'-CCTGAAGGAATTTGGAGCTC-3 '(SEQ ID NO: 12), SBP 31 reverse 5'-CGGTAGTGAT AGTAGTAAGC A-3' (SEQ ID NO: 13).
  • the PCRs were carried out in a total volume of 50 ⁇ l with 30 ng of genomic DNA, buffer Taq polymerase, 3 mM MgCl 2 , 0.2 mM of each DNTP, 0.4 ⁇ M of each primer, 0.5 Platinium Taq DNA polymerase (Invitrogen Ref 10966-018).
  • the conditions were as follows: 94 ° C for 2 min; 40 cycles at 94 ° C for 1 min, 56 ° C for 1 min, 72 ° C for 1 min 30; and a final extension at 72 ° C for 7 min.
  • the amplification products were checked on a 1% agarose gel and the sequencing performed.
  • F116 allele has a deletion of a codon encoding a glutamic acid (GAG) in the first exon, and a 12 bp insertion into the intron. These elements are quite original and specific to F116 (according to a comparison with other lineages). An insertion of 12 bp in the 3 'untranslated region (3'UTR) in F116, absent in F2, was also detected. It should be noted, however, that these 12 nucleotides are present in the genome of line B73, studied by Scott-Craig et al., Or in the genome of other lines.
  • the specific allele of F116 (SEQ ID NO: 4) is called SBP1-L. Without being bound by this interpretation, it is possible that the addition of nucleotides in the SBPL-L allele leads to greater instability of the messenger RNA, and to significant degradation. It is also possible that the translated protein (SEQ ID No. 5) has a lower activity than the protein obtained for the allele described by SEQ ID No. 1, due to the disappearance of a glutamic acid.
  • SBPL-L allele allows itself to modify the ferule (and possibly S) content and to improve the digestibility and ingestibility of maize.
  • Corn plants were transformed by Agrobacterium tumefaciens by a partial sequence of the SBP1 gene (Plant Physiol 1998: 116: 1083-1089) in order to specifically inhibit the expression of this gene in order to increase their digestibility.
  • SBP1 The partial sequence of SBP1 corresponds to nucleotides 597-1047 of
  • SEQ ID No. 1 This fragment was obtained by PCR on genomic DNA and cloned into the vector pGEMT-easy in order to obtain the plasmid named pBIOS1428. This PCR fragment was then cloned into pENTR-1A by cleaving pBIOS1428 with SpeI (cohesive ends) and NotI and cleaving pENTR-1A with XmnI and NotI.
  • plasmid pBIOS1451 was obtained.
  • the ligation reaction between pBIOS1451 and pBIOS893 made it possible to obtain the plasmid pBIOS1461 (FIGURE 1) which bears the partial sequence of SBP1 in sense and antisense orientation, the two fragments being separated by an intron in order to favor the meeting of the complementary 2 strands. to form a double-stranded RNA during transcription.
  • This construct makes it possible to inhibit the expression of the SBPl gene by RNAi.
  • Plasmid pBIOS893 is a derivative of pSB1 (Komari et al., Plant J. 10,
  • pBIOS1461 was transferred to the Agrobacterium strain LBA4404 (pSB1) according to the provisions of Komari et al (1996, op cit) and the A188 line was transformed with the Agrobacterium strain as described by Ishida et al. . (1996, op cit). Transformants are analyzed by Southern Blot to determine the number of copies and if possible the number of loci.
  • Seedlings on the T1 generation are made to collect mesocotyl and hypocotyl. These samples are intended to extract the RNAs in order to measure the residual expression of SBP1 in these tissues. Transcriptomic data are thus obtained to select transformants in which the expression of SBP1 is reduced and those will be used for further analyzes.

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Abstract

The present invention relates to the field of plant improvement, in particular the field of improving the digestibility and ingestibility of maize, and improving the degradability thereof for the production of biofuels, by inhibition of the expression of the SBP1 enzyme.

Description

METHODE D'AMELIORATION DES PLANTES METHOD OF IMPROVING PLANTS
La présente invention se rapporte au domaine de l'amélioration des plantes, en particulier de l'amélioration de la digestibilité (proportion d'un aliment digéré dans le tractus digestif) et de l'ingestibilité (quantité d'un fourrage distribué ad libitum qui est spontanément ingéré par l'animal) du maïs fourrage. Cette invention se rapporte aussi au domaine de la production de biocarburants (bio fuels ou biogaz) de seconde génération, puisque ce qui fait la dégradabilité du substrat végétal ligno- cellulosique est similaire pour les deux objectifs. Le maïs est notamment utilisé en tant que fourrage pour l'alimentation des ruminants, et l'on peut améliorer la valeur alimentaire du maïs d'ensilage en diminuant la teneur en lignines, en modifiant la composition monomérique des lignines et les types de liaisons entre monomères, ou en modifiant les relations entre composants pariétaux (en particulier liaisons lignines x hémicelluloses et liaisons entre chaînes d'hémicelluloses). Toutefois, l'amélioration de la digestibilité par la modification de la voie de biosynthèse des lignines peut avoir pour contrepartie des plantes de faibles qualités agronomiques (notamment des problèmes de verse, ou une plus grande susceptibilité aux pathogènes). Une autre voie consisterait ainsi à modifier la friabilité de la paroi, notamment en modifiant les liaisons entre lignines et sucres (cellulose et hémicelluloses).The present invention relates to the field of plant breeding, in particular the improvement of digestibility (proportion of a digested food in the digestive tract) and ingestibility (quantity of a feed distributed ad libitum which is spontaneously ingested by the animal) corn fodder. This invention also relates to the field of production of biofuels (bio fuels or biogas) second generation, since what makes the degradability of the lignocellulosic plant substrate is similar for both purposes. Maize is particularly used as feed for ruminants, and the nutritional value of silage maize can be improved by reducing the lignin content, by modifying the monomeric composition of lignins and the types of linkages between monomers, or by modifying the relationships between parietal components (in particular lignin x hemicellulose bonds and hemicellulose chain linkages). However, improving digestibility by modifying the lignin biosynthetic pathway can be counterbalanced by plants with poor agronomic qualities (such as lodging problems, or greater susceptibility to pathogens). Another way would consist in modifying the friability of the wall, in particular by modifying the bonds between lignins and sugars (cellulose and hemicelluloses).
L'ensilage de maïs est un aliment intéressant : le rendement au champ est relativement élevé, la récolte et le stockage sont aisés, l'appétence et la valeur énergétique sont stables et ce fourrage peut aisément être complémenté en protéines par d'autres ensilages de fourrage ou surtout par des tourteaux d'oléoprotéagineux (soja, colza, tournesol). Différentes expérimentations (Emile 1995, Annales de zootechnie; Barrière et al., J Dairy Sci. 2004 May;87(5): 1439-45) ont montré qu'alimenter du bétail avec un maïs plus ingestible et plus digestible permet d'augmenter le niveau de production de lait permis par la ration de maïs de un à quatre kilogrammes par vache et par jour, avec une reprise de poids égale ou supérieure, par rapport à une alimentation avec un maïs élite classique. Ainsi, plus la variété est digestible et ingestible, plus on diminue les coûts en concentrés énergétiques pour un niveau de production laitière donné, sans modifier les reprises de poids. L'optimisation des qualités de l'ensilage de maïs consiste ainsi à augmenter l'énergie nette ingérée fournie par ce type d'alimentation en améliorant sa digestibilité et ses qualités, et notamment en modifiant les caractéristiques biochimiques et physiques des polymères ligno-cellulosiques.Corn silage is an interesting feed: field yield is relatively high, harvesting and storage are easy, palatability and energy value are stable, and this forage can easily be supplemented with protein by other forage silage. fodder or especially oilseed meal (soybean, rapeseed, sunflower). Different experiments (Emile 1995, Annales de zootechnie, Barriere et al., J Dairy Sci 2004 May, 87 (5): 1439-45) have shown that feeding livestock with a more ingestible and more digestible corn can increase the level of milk production permitted by the corn ration of one to four kilograms per cow per day, with equal or greater weight gain, compared to conventional elite maize feeding. Thus, the more the variety is digestible and ingestible, the lower the energy concentrate costs for a given level of milk production, without changing the weight recoveries. Optimizing the qualities of corn silage thus consists in to increase the net ingested energy provided by this type of diet by improving its digestibility and its qualities, and in particular by modifying the biochemical and physical characteristics of the lignocellulosic polymers.
Etant donné l'importance qualitative des lignines dans les propriétés de digestibilité et d'ingestibilité, une augmentation, une diminution ou une modification de la structure des lignines peut avoir des conséquences industrielles et agronomiques importantes. La présente invention remet toutefois en cause en partie ce paradigme, puisqu'elle permet d'améliorer l'ingestibilité et la digestibilité du maïs en modulant l'expression d'un gène codant pour une enzyme qui n'est pas, a priori, directement liée à la synthèse des lignines.Given the qualitative importance of lignins in the digestibility and ingestibility properties, an increase, decrease or modification of lignin structure can have important industrial and agronomic consequences. The present invention, however, partly questions this paradigm, since it makes it possible to improve the ingestibility and the digestibility of maize by modulating the expression of a gene coding for an enzyme which is not, a priori, directly related to lignin synthesis.
Les lignines forment avec la cellulose et les hémicelluloses les composants majoritaires de la paroi végétale des graminées. La paroi végétale principalement offre à la cellule une barrière naturelle contre l'extérieur. De nombreux secteurs agronomiques ou industriels voient leurs rendements directement liés à la teneur et/ou à la composition en lignines de la paroi. Parmi eux, il est possible de citer les industries papetières, la production de biocarburants de seconde génération ou la production d'ensilage ou de foins.Lignins form with cellulose and hemicelluloses the major components of the plant wall of grasses. The plant wall mainly offers the cell a natural barrier against the outside. Many agronomic or industrial sectors have their yields directly related to the content and / or composition of lignins in the wall. Among them, it is possible to mention the paper industries, the production of second-generation biofuels or the production of silage or hay.
Ainsi, la sélection ou l'obtention de plantes de maïs plus ingestibles et plus digestibles, notamment dont la voie de biosynthèse des lignines et phenylpropanes est modifiée est un des axes privilégiés d'amélioration du maïs. Il convient toutefois que les plantes sélectionnées possèdent de bons rendements et soient peu sensibles aux divers stress (mécaniques, hydriques, biotiques...).Thus, the selection or obtaining of corn plants more ingestible and more digestible, including the pathway of biosynthesis of lignins and phenylpropanes is modified is one of the preferred areas for improving maize. However, selected plants should have good yields and be insensitive to various stresses (mechanical, watery, biotic ...).
La voie de biosynthèse des phenylpropanes dont les lignines est une voie complexe, faisant intervenir un grand nombre possible de réactions enzymatiques (Dixon et al, 2001, Phytochemistry, 57(7), 1069-1084; Barrière et al, 2007 Gènes, Génomes and Genomics 1, 133-15), mais dont les chemins conduisant in vivo à chaque composant sont encore imparfaitement élucidés. Il est ainsi difficile de savoir comment modifier exactement la voie de biosynthèse des lignines et de prévoir quelles seront les conséquences des modifications apportées. Les lignines sont des polymères insolubles de 3 monomères d'alcools p- hydroxycinnamiques, ou monolignols, avec l'alcool /?-coumarylique (sous-unités H), l'alcool coniférylique (sous-unités G, auxquelles sont associées les acides férulique et diféruliques) et l'alcool sinapylique (sous-unités S, auxquelles est associé l'acide /?-coumarique). Les trois monolignols et les acides férulique et p- coumarique sont issus de la voie des phénylpropanoïdes (Neish, 1968, Constitution and Biosynthesis of lignin, eds New York, Springer Verlag 1-43). Chaque type de monolignol peut former une variété de liaisons avec les autres et ainsi constituer les lignines. D'autres liaisons stratégiques par rapport à la biodégradabilité des parois s'établissent également entre composés pariétaux (pont férulate entre chaines d'hémicelluloses et entre lignines et hémicelluloses) pour former un réseau complexe , rigide, et peu accessible aux enzymes microbiennes.The pathway of biosynthesis of phenylpropanes whose lignins is a complex pathway, involving a large number of possible enzymatic reactions (Dixon et al, 2001, Phytochemistry, 57 (7), 1069-1084, Barrier et al, 2007 Genes, Genomes and Genomics 1, 133-15), but whose paths leading in vivo to each component are still imperfectly elucidated. It is thus difficult to know exactly how to modify the lignin biosynthesis pathway and to predict what the consequences of the modifications will be. Lignins are insoluble polymers of 3 monomers of p-hydroxycinnamic alcohols, or monolignols, with the alcohol?-Coumaryl (H subunits), the coniferyl alcohol (G subunits, which are associated with ferulic acids and diflerulics) and sinapyl alcohol (S subunits, to which is associated with the acid? - coumaric). The three monolignols and ferulic and p-coumaric acids are derived from the phenylpropanoid pathway (Neish, 1968, Constitution and Biosynthesis of Lignin, eds New York, Springer Verlag 1-43). Each type of monolignol can form a variety of bonds with others and thus constitute lignins. Other strategic links with respect to the biodegradability of the walls are also established between parietal compounds (ferulate bridge between hemicellulose chains and between lignins and hemicelluloses) to form a complex, rigid network, and little accessible to microbial enzymes.
Depuis plusieurs années, on a tenté de modifier les teneur et composition des plantes en lignines en sur-exprimant ou sous exprimant un ou plusieurs gènes de la voie de biosynthèse des lignines (Anterola et Lewis, 2002, Phytochemistry 61, 221-294). Un certain nombre de stratégies ont été imaginées, ainsi que décrites notamment dans les demandes de brevets WO 9924561, EP0516958, WO9305160, WO9305159, WO9712982. Cependant, les possibilités offertes par la surexpression ou la sous expression d'une ou plusieurs enzymes de la voie des phénylpropanes sont loin d'avoir été complètement imaginées et testées, faute en partie d'avoir choisi les bons gènes cibles, et ne donnent pas toujours des résultats constants et prévisibles.For several years attempts have been made to modify the content and composition of lignin plants by overexpressing or expressing one or more genes in the lignin biosynthetic pathway (Anterola and Lewis, 2002, Phytochemistry 61, 221-294). A number of strategies have been devised, as described in particular in patent applications WO 9924561, EP0516958, WO9305160, WO9305159, WO9712982. However, the possibilities offered by the overexpression or the under expression of one or more enzymes of the phenylpropane pathway are far from having been completely imagined and tested, partly because of having chosen the good target genes, and do not give always consistent and predictable results.
La présente demande a pour objet de fournir à l'homme du métier une plante, et particulièrement un maïs qui possède effectivement une ingestibilité et une digestibilité améliorées, par la dérégulation de l'expression de l'enzyme SBPl, et notamment par la mise au point d'un allèle favorable de l'enzyme SBPl (appelé SBPl-L), qui contient une délétion d'un codon glutamine dans le premier exon, une insertion de douze nucléotides dans l'intron. Le gène représenté par SEQ ID N° 1 correspond à l'ADN génomique pour cette enzyme SBPl dans la lignée F2. SEQ ID N° 4 correspond à l'ADN génomique de SBPl-L.The object of the present application is to provide a person skilled in the art with a plant, and particularly a maize which does indeed have improved ingestibility and digestibility, by deregulation of the expression of the enzyme SBP1, and in particular by setting point of a favorable allele of the enzyme SBPl (called SBPl-L), which contains a deletion of a glutamine codon in the first exon, an insertion of twelve nucleotides in the intron. The gene represented by SEQ ID No. 1 corresponds to the genomic DNA for this enzyme SBP1 in line F2. SEQ ID NO: 4 corresponds to the genomic DNA of SBPl-L.
La séquence d'un ADNc (GenBank NM OOl 112606) est représentée par SEQ ID N° 2, la partie codante s'étendant des nucléotides 31 à 1222 pour cette séquence. Il est clair que ces séquences ne sont données qu'à titre d'exemples, et que l'homme du métier est à même d'identifier lui-même les séquences génomique et/ou d'ARNm de l'enzyme SBPl pour différentes variétés de maïs. Il est anticipé que de telles séquences présentent un pourcentage d'identité tel que décrit plus loin avec SEQ ID N° 2.The sequence of a cDNA (GenBank NM OO1 112606) is represented by SEQ ID NO: 2, the coding portion extending from nucleotides 31 to 1222 for this sequence. It is clear that these sequences are given only as examples, and that one skilled in the art is able to identify itself the genomic and / or mRNA sequences of the enzyme SBP1 for different varieties. of corn. It is anticipated that such sequences have a percentage of identity as described below with SEQ ID No. 2.
Le maïs selon l'invention présente une altération quantitative et/ou qualitative de la synthèse des lignines et des phénylpropanes pariétaux. Par « altération quantitative de la synthèse des lignines », on entend désigner une diminution de la quantité de lignines dans le maïs modifié selon l'invention par rapport à un maïs normal (témoin non modifié selon l'invention), évalué, par exemple par mesure de la lignine de Klason ou de la lignine obtenue par détergent acid (acid détergent lignin) selon des méthodes bien connues dans l'art (voir par exemple Jung et al, J Agric Food Chem. 1999 May;47(5):2005-8 ; Jung et al, J Dairy Sci. 1997 Aug;80(8): 1622-8).The maize according to the invention exhibits a quantitative and / or qualitative alteration of the synthesis of lignins and parietal phenylpropanes. By "quantitative alteration of lignin synthesis" is meant a decrease in the amount of lignins in the modified maize according to the invention compared to a normal maize (unmodified control according to the invention), evaluated, for example by measuring Klason lignin or lignin obtained by acid detergent (lignin detergent acid) according to methods well known in the art (see for example Jung et al, J. Agric Food Chem 1999 May; 47 (5): 2005 Jung et al., J. Dairy Sci., 1997 Aug; 80 (8): 1622-8).
Par « altération qualitative de la synthèse des phénylpropanes pariétaux », on entend désigner une modification dans la composition et de la structure des lignines et des réticulations entre polymères de la plante modifiée selon l'invention par rapport à une plante témoin (non modifiée selon l'invention), par exemple une variation du rapport entre sous unités H/S/G, les méthodes d'analyse qualitative des lignines étant également connues dans l'art. On peut notamment citer la RMN. Les modifications structurales du polymère lignines sont également liées à la fréquence d'acylation des unités S par l'acide /?-coumarique. Par ailleurs, l'intensité de la réticulation des parois par des ponts d'acides férulique et diféruliques est également partie prenante de la qualité structurale de la paroi. Les acides p- hydroxycinnamiques se dosent pas des méthodes classiques, en particulier en HPLC (Méchin et al, J Sci Food Agric. 80, 574-580)..By "qualitative alteration of the parietal phenylpropane synthesis" is meant a modification in the composition and structure of lignins and crosslinking between polymers of the plant modified according to the invention compared to a control plant (unmodified according to US Pat. invention), for example a variation of the ratio between H / S / G subunits, the methods of qualitative analysis of the lignins being also known in the art. We can notably mention the NMR. The structural modifications of the lignin polymer are also related to the frequency of acylation of the S units by β-coumaric acid. Furthermore, the intensity of the crosslinking of the walls by ferulic acid and diferulic acid bridges is also involved in the structural quality of the wall. The p-hydroxycinnamic acids are not dosed with conventional methods, in particular with HPLC (Mechin et al., J. Sci Food Agric., 80, 574-580).
Les inventeurs ont en effet localisé l'enzyme SBPl du maïs et établi qu'il existe une co localisation entre ce gène et des QTL liés à la digestibilité. Il a également été montré que ce gène est sous-exprimé chez les maïs plus ingestibles et plus digestibles.The inventors have in fact located the SBPl enzyme of maize and established that there is a co-localization between this gene and QTL linked to digestibility. It has also been shown that this gene is under-expressed in more ingestible and more digestible maize.
Le gène SBPl a été identifié par Scott-Craig et al (Plant Physiol. (1998) 116: 1083-1089) qui l'ont décrit comme une protéine permettant d'obtenir une résistance à certains herbicides, même s'ils ont noté une similitude avec des O- méthyl transférases. Toutefois, les auteurs de cette publication ont précisé que cette protéine ne possède pas un motif retrouvé chez d'autres OMT impliquées dans l'O- méthylation de composés phénoliques. Toutefois, les recherches d'homologie laissent penser que ce gène code pour une OMT. Elle partage notamment 30 % d'identité et 54 % de similarité avec la séquence de COMT de maïs (il s'agit des plus forts pourcentages). Les auteurs concluent ainsi que cette enzyme ne semble pas catalyser la réaction de transfert d'un groupement méthyl du S-adenosyl methionine au catéchol ou à l'acide caféique, la COMT catalysant une réaction sur le 5OH-coniferaldéhyde.The SBP1 gene has been identified by Scott-Craig et al (Plant Physiol., (1998) 116: 1083-1089) who have described it as a protein for resistance to certain herbicides, although they have noted a similarity with O-methyl transferases. However, the authors of this publication have stated that this protein does not have a pattern found in other OMTs involved in O- methylation of phenolic compounds. However, homology research suggests that this gene encodes an OMT. In particular, it shares 30% identity and 54% similarity to the corn COMT sequence (these are the highest percentages). The authors conclude that this enzyme does not seem to catalyze the transfer reaction of a methyl group of S-adenosyl methionine to catechol or caffeic acid, COMT catalysing a reaction on 5OH-coniferaldehyde.
Une séquence d'ADN génomique de SBPl est représentée par SEQ ID N° 1. La séquence polypeptidique correspondante est représentée dans la liste de séquences en annexe sous le numéro SEQ ID N° 3.A genomic DNA sequence of SBP1 is represented by SEQ ID No. 1. The corresponding polypeptide sequence is represented in the attached sequence listing under the number SEQ ID No. 3.
La région codante est généralement constituée d'un intron de 79 paires de bases (pb) et de 2 exons. Dans une lignée ingestible et digestible, pour Pallèle SBPl-L, la longueur de l'intron est de 91 pb. La séquence d'ADN génomique de SBPl obtenue à partir de la lignée de maïs à digestibilité élevée, contenant l'insertion de 12 nucléotides dans l'intron est représentée par SEQ ID N° 4.The coding region generally consists of a 79 base pair (bp) intron and 2 exons. In an ingestible and digestible line, for Pallèle SBPl-L, the length of the intron is 91 bp. The genomic DNA sequence of SBP1 obtained from the high digestibility corn line, containing the insertion of 12 nucleotides into the intron is represented by SEQ ID NO: 4.
La mise en évidence par les inventeurs de l'implication de SBPl dans la digestibilité fournit un ensemble de moyens permettant d'obtenir des maïs possédant une digestibilité et une ingestibilité accrues.The discovery by the inventors of the involvement of SBPl in digestibility provides a set of means for obtaining corn having increased digestibility and ingestibility.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé pour améliorer la digestibilité et l'ingestibilité d'une plante, et de préférence une graminée, et de façon plus préférée un maïs, caractérisé en ce que l'on modifie la cinétique d'expression, et/ou inhibe totalement ou partiellement l'expression et/ou l'activité de l'enzymeThe subject of the present invention is thus a process for improving the digestibility and the ingestibility of a plant, and preferably a grass, and more preferably a maize, characterized in that the kinetics of expression are modified, and / or totally or partially inhibits the expression and / or activity of the enzyme
SBPl de ladite plante.SBP1 of said plant.
Ladite plante est notamment le maïs, le riz, le sorgho, le millet, le blé et autres céréales à paille, ou une plante fourragère.Said plant is in particular maize, rice, sorghum, millet, wheat and other straw cereals, or a forage plant.
On définit ici comme enzyme SBPl toute protéine dont la séquence polypeptidique présente au moins 75 %, de préférence au moins 85 %, ou au moinsHere, the term "SBP1 enzyme" is used to define any protein whose polypeptide sequence has at least 75%, preferably at least 85%, or at least
90 %, avantageusement au moins 94 %, et de manière tout à fait préférée au moins90%, advantageously at least 94%, and most preferably at least
95 %, de manière plus préférée au moins 97 % d'identité avec la séquence SEQ ID95%, more preferably at least 97% identity with the SEQ ID sequence
N° 3 sur une fenêtre de comparaison la plus large possible, correspondant de préférence à la totalité de la séquence SEQ ID N° 3. Sauf précision contraire, les pourcentages d'identité indiqués ici sont établis à l'aide du logiciel BLAST2 (ALTSCHUL et al, Nucleic Acids Res.,25, 3389- 3402,1997) en utilisant les paramètres par défaut (matrice BLOSUM62 pour les comparaisons de protéines, avec des pénalités de 11 pour un « gap » ouvert, 1 pour un « gap » d'extension, 50 pour un « gap x dropoff », une valeur d'attente aléatoire de 10, une taille de mots (word size) de 3, et pas de filtre).# 3 on a widest possible comparison window, corresponding to preferably, the whole of the sequence SEQ ID NO: 3. Unless otherwise specified, the percentages of identity indicated herein are established using the BLAST2 software (ALTSCHUL et al., Nucleic Acids Res., 25, 3389-3402, 1997 ) using the default parameters (BLOSUM62 matrix for protein comparisons, with penalties of 11 for an open gap, 1 for an expansion gap, 50 for a gap x dropoff, a value of random wait of 10, a word size (word size) of 3, and no filter).
L'inhibition totale ou partielle de l'expression et/ou de l'activité de l'enzyme SBPl peut être obtenue de diverses manières, connues par l'homme du métier.Total or partial inhibition of the expression and / or activity of the SBP1 enzyme can be obtained in various ways known to those skilled in the art.
De façon préférée, on diminue l'expression du gène codant pour SBPl, par mutagenèse, ou bien par inhibition ou modification de sa transcription ou de sa traduction.Preferably, the expression of the gene coding for SBP1 is reduced by mutagenesis or by inhibition or modification of its transcription or translation.
La mutagenèse du gène codant pour SBPl peut intervenir au niveau de la séquence codante ou des séquences de régulation de l'expression, notamment du promoteur. On peut par exemple procéder à la délétion de tout ou partie dudit gène et/ou à l'insertion d'une séquence exogène. A titre d'exemple, on citera la mutagenèse insertionnelle : on produit un grand nombre d'individus dérivant d'une plante active pour la transposition d'un élément transposable, (élément AC ou Mutator chez le maïs), et on sélectionne, par exemple par PCR, les plantes chez lesquelles une insertion s'est effectuée dans le gène de SBPl, ou à proximité avec conséquence sur la traduction ou l'expression.Mutagenesis of the gene coding for SBP1 can take place at the level of the coding sequence or expression regulation sequences, in particular of the promoter. For example, it is possible to delete all or part of said gene and / or to insert an exogenous sequence. By way of example, mention may be made of insertional mutagenesis: a large number of individuals derived from an active plant for the transposition of a transposable element (AC element or Mutator in maize) are produced and selected by example by PCR, the plants in which an insertion was carried out in the SBP1 gene, or in the vicinity with consequent effect on translation or expression.
L'inhibition du gène SBPl peut être réalisée par tout moyen connu dans l'art. Ainsi, on peut procéder à la mutation des gènes par insertion d'un élément transposable ou d'un ADN de transfert (T-DNA). On peut aussi effectuer une mutagenèse physique ou chimique, notamment par l'utilisation d'EMS, de rayons X ou d'ultraviolets (voir notamment McCallum et al, Plant Physiol.,123, 439-442,Inhibition of the SBP1 gene can be achieved by any means known in the art. Thus, one can proceed to the mutation of the genes by insertion of a transposable element or a transfer DNA (T-DNA). It is also possible to carry out a physical or chemical mutagenesis, in particular by the use of EMS, X-rays or ultraviolet radiation (see in particular McCallum et al., Plant Physiol., 123, 439-442,
2000). Les mutations intéressantes ont pour conséquence de décaler le cadre de lecture et/ou d'introduire un codon stop dans la séquence et/ou de modifier le niveau de la transcription et/ou de la traduction du gène et/ou de rendre l'enzyme moins active que la protéine sauvage. Les plantes ainsi mutées sont criblées par exemple par PCR, en utilisant des amorces situées dans le gène cible. Toutefois, on peut aussi utiliser d'autres méthodes de criblage, comme les Southern Blots ou un criblage via la méthode AIMS décrite dans WO 99/27085 (pour détecter les insertions), en utilisant des sondes spécifiques des gènes cibles, ou les méthodes de détection de mutations ponctuelles ou de petites insertions/délétions utilisant des endonucléases particulières (CeI I, Endo I) telles que décrites dans WO 2006/010646.2000). The mutations of interest have the consequence of shifting the reading frame and / or of introducing a stop codon into the sequence and / or of modifying the level of transcription and / or translation of the gene and / or of making the enzyme less active than the wild-type protein. The plants thus mutated are screened for example by PCR, using primers located in the target gene. However, other screening methods, such as Southern blots or AIMS screening described in WO 99/27085 (for detecting insertions) can also be used, using probes specific for the target genes, or methods of screening. detection of point mutations or small insertions / deletions using particular endonucleases (CeI I, Endo I) as described in WO 2006/010646.
Dans un autre mode de réalisation, l'inhibition est obtenue par transformation de la plante avec un vecteur contenant un construit sens ou anti-sens du gène cible. Ces deux méthodes sont connues pour permettre, dans certaines conditions, l'inhibition du gène cible. On utilise également la méthode de l'interférence d'ARN (RNAi) qui est particulièrement efficace pour l'extinction de gènes dans les plantes. Cette méthode est bien connue de l'homme du métier et consiste en la transformation de la plante avec un construit produisant, après transcription, un duplex double-brin d'ARN, dont l'un des brins est complémentaire à l'ARNm du gène cible (pour revue sur les techniques d'inhibition post- transcriptionnelles, Chicas et Macino, EMBO reports, 21(11), 992-996,2001 ; pour revue sur l'utilisation des ARN interférents, Hannon, Nature, 418,244-251, 2002).In another embodiment, the inhibition is achieved by transformation of the plant with a vector containing a sense or anti-sense construct of the target gene. These two methods are known to allow, under certain conditions, the inhibition of the target gene. The method of RNA interference (RNAi) is also used which is particularly effective for the extinction of genes in plants. This method is well known to those skilled in the art and consists of transforming the plant with a construct producing, after transcription, a double-stranded duplex of RNA, one of whose strands is complementary to the mRNA of the gene. target (for review on post-transcriptional inhibition techniques, Chicas and Macino, EMBO reports, 21 (11), 992-996,2001, for review on the use of interfering RNAs, Hannon, Nature, 418,244-251, 2002).
La présente invention a ainsi notamment pour objet l'utilisation d'au moins un polynucléotide choisi parmi : a) un polynucléotide codant pour une enzyme SBPl telle que définie ci- dessus, et représentée par SEQ ID N° 3 ; b) un polynucléotide complémentaire d'un polynucléotide a) ci-dessus ; c) un fragment d'au moins 12 nucléotides consécutifs, de préférence au moins 15, avantageusement au moins 20, et de manière tout à fait préférée au moins 50 nucléotides consécutifs, spécifique d'un polynucléotide a) ou b) ci-dessus, ou capable de s'hybrider sélectivement avec ledit polynucléotide, d) un polynucléotide contenant un polynucléotide X contenant au moins 12 nucléotides, de préférence au moins 15, avantageusement au moins 20, et de manière tout à fait préférée au moins 50 nucléotides capable de s'hybrider sélectivement avec un polynucléotide défini en a), ainsi qu'un polynucléotide Y complémentaire dudit polynucléotide X, pour obtenir une plante possédant une digestibilité et une ingestibilité accrues.The present invention thus particularly relates to the use of at least one polynucleotide chosen from: a) a polynucleotide encoding an SBPl enzyme as defined above, and represented by SEQ ID No. 3; b) a polynucleotide complementary to a polynucleotide a) above; c) a fragment of at least 12 consecutive nucleotides, preferably at least 15, advantageously at least 20, and most preferably at least 50 consecutive nucleotides, specific for a polynucleotide a) or b) above, or capable of selectively hybridizing with said polynucleotide, d) a polynucleotide containing a polynucleotide X containing at least 12 nucleotides, preferably at least 15, advantageously at least 20, and most preferably at least 50 nucleotides capable of selectively hybridize with a polynucleotide defined in a), as well as a complementary polynucleotide Y of said polynucleotide X, to obtain a plant with increased digestibility and ingestibility.
On définit ici comme polynucléotide codant pour SBPl tout polynucléotide contenant l'information génétique permettant la synthèse de la protéine SBPl représentée par SEQ ID N° 3, ou d'une protéine présentant au moins 94 %, ou 95 % ou 97 % d'identité avec SEQ ID N° 3.A polynucleotide containing the genetic information for the synthesis of the SBP1 protein represented by SEQ ID No. 3, or of a protein having at least 94%, or 95% or 97% identity, is defined herein as the polynucleotide encoding SBP1. with SEQ ID No. 3.
Ceci englobe notamment l'ADN génomique, par exemple la séquence SEQ ID N° 1 représentée en annexe, ainsi que l'ADNc correspondant (SEQ ID N° 2).This includes, in particular, genomic DNA, for example the sequence SEQ ID No. 1 represented in the appendix, as well as the corresponding cDNA (SEQ ID No. 2).
Un fragment spécifique d'un polynucléotide a) ou b) ci-dessus est un fragment dudit polynucléotide dont la séquence n'est pas trouvée dans d'autres gènes de la même plante.A specific fragment of polynucleotide a) or b) above is a fragment of said polynucleotide whose sequence is not found in other genes of the same plant.
Un polynucléotide capable de s'hybrider sélectivement avec un polynucléotide a) ou b) ci-dessus, est un polynucléotide qui lorsqu'il est hybride en conditions stringentes avec une banque d'acide nucléique de la même plante (notamment une banque d'ADN génomique, ou d'ADNc) produit un signal d'hybridation détectable au moins 2 fois supérieur, et de préférence au moins 5 fois supérieur au bruit de fond avec ledit polynucléotide, mais ne produit aucun signal détectable avec d'autres séquences de ladite banque. L'homme du métier est capable de définir la stringence des conditions d'hybridation, qui dépendent de la taille et de la composition en bases du polynucléotide concerné, ainsi que de la composition du mélange d'hybridation (notamment pH et force ionique). Généralement, des conditions stringentes, pour un polynucléotide de taille et de séquence données, sont obtenues en opérant à une température inférieure d'environ 5 0C à 10 0C à la température de fusion (Tm) de l'hybride formé, dans le même mélange réactionnel, par ce polynucléotide et son complémentaire.A polynucleotide capable of hybridizing selectively with polynucleotide a) or b) above, is a polynucleotide which when hybridized under stringent conditions with a nucleic acid library of the same plant (especially a DNA library genomic, or cDNA) produces a detectable hybridization signal at least 2 times higher, and preferably at least 5 times higher than the background with said polynucleotide, but produces no detectable signal with other sequences of said library . Those skilled in the art are able to define the stringency of the hybridization conditions, which depend on the size and base composition of the polynucleotide concerned, as well as the composition of the hybridization mixture (in particular pH and ionic strength). Generally, stringent conditions for a polynucleotide of size and sequence data are obtained by operating at a lower temperature of about 5 0 C to 10 0 C above the melting temperature (Tm) of the hybrid formed, in the same reaction mixture, with this polynucleotide and its complement.
La présente invention a en particulier pour objet un procédé pour augmenter la digestibilité et l'ingestibilité d'une plante, par inhibition totale ou partielle de l'enzyme SBPl endogène de ladite plante, caractérisé en ce qu'il comprend la transformation de ladite plante avec une construction d'ADN recombinant comprenant un polynucléotide tel que défini ci-dessus, placé en orientation sens ou en orientation antisens, ou pouvant être transcrit en ARN double brin, sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié.The subject of the present invention is in particular a method for increasing the digestibility and the ingestibility of a plant, by total or partial inhibition of the endogenous SBP1 enzyme of said plant, characterized in that it comprises the transformation of said plant with a recombinant DNA construct comprising a polynucleotide as defined above, placed in a sense orientation or in antisense orientation, or can be transcribed into double-stranded RNA, under transcriptional control of a suitable promoter.
La présente invention a également pour objet des constructions d'ADN recombinant, comprenant un polynucléotide tel que défini ci-dessus. Ces constructions sont notamment des cassettes d'expression, comprenant un polynucléotide tel que défini ci-dessus, sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié. Ces cassettes d'expression peuvent également contenir d'autres éléments de régulation, en particulier des éléments de régulation de la transcription tels que des terminateurs, amplificateurs. Des vecteurs recombinants qui comprennent des polynucléotides tels que définis selon l'invention ou une cassette d'expression selon l'invention sont également objets de l'invention.The present invention also relates to recombinant DNA constructs comprising a polynucleotide as defined above. These constructs are in particular expression cassettes, comprising a polynucleotide as defined above, under transcriptional control of a suitable promoter. These expression cassettes may also contain other regulatory elements, in particular transcriptional regulatory elements such as terminators, amplifiers. Recombinant vectors which comprise polynucleotides as defined according to the invention or an expression cassette according to the invention are also objects of the invention.
De tels vecteurs peuvent également comprendre d'autres éléments, par exemple un ou plusieurs marqueurs de sélection, et sont notamment utilisables pour l'obtention de plantes transgéniques.Such vectors may also comprise other elements, for example one or more selection markers, and may especially be used for obtaining transgenic plants.
A titre d'exemples non- limitatifs de promoteurs utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer les promoteurs constitutifs, tels que le promoteur 35S du virus de la mosaïque du chou-fleur (CaMV), ou ses dérivés, le promoteur du virus de la mosaïque des nervures de manioc (CsVMV) (WO 97/48819), le promoteur de l'ubiquitine ou le promoteur Actine-Intron-actine, du riz (McElroy et,al, Mol. Gen. Genet.,231, 150-160,1991 ; GenBank S 44221).As non-limiting examples of promoters that may be used in the context of the present invention, mention may be made of the constitutive promoters, such as the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV), or its derivatives, the promoter Cassava vein mosaic virus (CsVMV) (WO 97/48819), ubiquitin promoter or Actin-Intron-actin promoter, rice (McElroy et al., Mol. Gen. Genet., 231). , 150-160, 1991; GenBank S 44221).
Des promoteurs inductibles ou tissu-spécifiques peuvent également être utilisés. Ceci permet de n'induire l'inhibition de SBPl qu'à certains stades du développement de la plante, dans certaines conditions environnementales, ou dans certains tissus cibles, comme par exemple, les tiges, les feuilles, les graines, les spathes, le cortex ou le xylème. On peut ainsi utiliser les promoteurs de gènes impliqués dans la synthèse des lignines tels les promoteurs des COMT, CCoAOMT, C4H...Inducible or tissue-specific promoters can also be used. This makes it possible to induce inhibition of SBP1 only at certain stages of the plant's development, under certain environmental conditions, or in certain target tissues, such as, for example, stems, leaves, seeds, spathes, the cortex or xylem. It is thus possible to use the promoters of genes involved in the synthesis of lignins such as the COMT promoters, CCoAOMT, C4H, etc.
On utilise également avantageusement d'autres éléments de régulation de la transcription tels des terminateurs, et notamment le terminateur 3'NOS de la nopaline synthase (Depicker et al, J. Mol. Appl. Genêt., 1, 561-573,1982), ou le terminateur 3'CaMV (Franck et al. CeIl, 21,285-294,1980 ; GenBank V00141). Les gènes marqueurs de sélection utilisables dans le cadre de la présente invention sont notamment des gènes conférant une résistance à un antibiotique tel que l'hygromycine, la kanamycine, la bléomycine ou la streptomycine, ou à un herbicide (EP 0 242 246) tel que le glufosinate, le glyphosate ou la bromoxynil. Le gène nptll qui confère la résistance à la kanamyine peut ainsi être utilisé.Advantageously, other transcriptional regulatory elements such as terminators, and in particular the 3'NOS terminator of nopaline synthase (Depicker et al., J. Mol Appl., Genet., 1, 561-573, 1982) are also advantageously used. or the 3'CaMV terminator (Franck et al., 21,285-294,1980, GenBank V00141). The marker genes of selection that may be used in the context of the present invention are, in particular, genes conferring resistance to an antibiotic such as hygromycin, kanamycin, bleomycin or streptomycin, or to a herbicide (EP 0 242 246) such as glufosinate, glyphosate or bromoxynil. The nptll gene which confers resistance to kanamyine can thus be used.
La transformation des plantes peut s'effectuer par de nombreuses méthodes, connues en elles-mêmes de l'homme du métier.Plant transformation can be carried out by many methods, known in themselves to those skilled in the art.
On peut par exemple transformer des cellules végétales, des protoplastes ou des explants, et régénérer une plante entière à partir du matériel transformé. La transformation peut ainsi être réalisée, par transfert des vecteurs conformes à l'invention dans des protoplastes, notamment après incubation de ces derniers dans une solution de polyéthylèneglycol (PG) en présence de cations divalents (Ca2+) selon la méthode décrite dans l'article de Krens et al. (Nature, 296,72-74,1982) ou par électroporation notamment selon la méthode décrite dans l'article de Fromm et al. (Nature, 319,791-793, 1986). On peut également utiliser un canon à gène permettant la projection, à très grande vitesse, de particules métalliques recouvertes des séquences d'ADN d'intérêt, délivrant ainsi des gènes à l'intérieur du noyau cellulaire, notamment selon la technique décrite dans l'article de Finer et al. (PlantFor example, it is possible to transform plant cells, protoplasts or explants, and to regenerate an entire plant from the transformed material. The transformation can thus be carried out by transfer of the vectors according to the invention into protoplasts, in particular after incubation of the latter in a solution of polyethylene glycol (PG) in the presence of divalent cations (Ca 2+) according to the method described in the article. Krens et al. (Nature, 296, 72-74, 1982) or by electroporation notably according to the method described in the article by Fromm et al. (Nature, 319, 791-793, 1986). It is also possible to use a gene gun which can be used to project, at very high speed, metal particles covered with the DNA sequences of interest, thereby delivering genes inside the cell nucleus, in particular according to the technique described in article by Finer et al. (Plant
CeIl Report, 11,323- 328,1992) ou la micro-injection cytoplasmique ou nucléaire. On utilise préférentiellement la méthode de transformation parCeIl Report, 11,323-328,1992) or cytoplasmic or nuclear microinjection. The method of transformation with
Agrobacterium tumefaciens, notamment selon la méthode décrite par Ishida et al.Agrobacterium tumefaciens, in particular according to the method described by Ishida et al.
(1996, Nature Biotechnol. 14, 745-50).(1996, Nature Biotechnol 14, 745-50).
La présente invention a également pour objet les cellules végétales et les plantes transgéniques susceptibles d'être obtenues par un procédé conforme à l'invention, et les cellules et plantes contenant un polynucléotide recombinant ou une cassette d'expression tels que définis ci-dessus. L'invention se rapporte également aux cellules végétales et aux plantes obtenues après mutation du gène codant pour SBPl de telle sorte qu'il en résulte une inhibition de l'expression et/ou l'activité de ladite enzyme.The subject of the present invention is also the plant cells and the transgenic plants that can be obtained by a method according to the invention, and the cells and plants containing a recombinant polynucleotide or an expression cassette as defined above. The invention also relates to the plant cells and to the plants obtained after mutation of the gene coding for SBP1 so that this results in an inhibition of the expression and / or the activity of said enzyme.
Bien entendu, la présente invention englobe les plantes dérivées de plantes selon l'invention, qui sont notamment les descendants, notamment les hybrides issus d'un croisement impliquant au moins une plante selon l'invention, obtenus par semis ou par multiplication végétative, des plantes selon l'invention ou obtenues directement ou indirectement par un procédé selon l'invention.Of course, the present invention encompasses plants derived from plants according to the invention, which are in particular descendants, in particular hybrids resulting from a cross involving at least one plant according to the invention, obtained by planting or by vegetative propagation, plants according to the invention or obtained directly or indirectly by a method according to the invention.
L'invention comprend également les cellules et tissus végétaux, ainsi que les organes ou parties de plantes, y compris feuilles, tiges, racines, fleurs, fruits, et/ou graines obtenues à partir d'une plante conforme à l'invention.The invention also includes plant cells and tissues, as well as organs or parts of plants, including leaves, stems, roots, flowers, fruits, and / or seeds obtained from a plant according to the invention.
De façon préférée, l'invention s'applique au maïs et aux cellules et tissus issus de maïs.Preferably, the invention applies to corn and cells and tissues derived from corn.
La présente invention a aussi pour objet un procédé de sélection de maïs, caractérisé en ce qu'il comprend la recherche d'un allèle du gène de SBPl possédant une mutation résultant en une amélioration de la digestibilité et de l'ingestibilité dudit maïs. Dans un cas préféré, ladite mutation résulte en une inhibition totale ou partielle de l'expression et/ou de l'activité de la protéine SBPl.The present invention also relates to a maize selection process, characterized in that it comprises the search for an allele of the SBPl gene having a mutation resulting in an improvement in the digestibility and ingestibility of said maize. In a preferred case, said mutation results in a total or partial inhibition of the expression and / or the activity of the SBP1 protein.
Ledit allèle peut être recherché par détection directe de la mutation responsable de l'inhibition; il peut également être recherché par détection de la forme allélique associée à cette mutation d'un polymorphisme en déséquilibre de liaison avec celle-ci. Par exemple, la présence des 12 nucléotides insérés dans l'intron de SBPl peut être détectée directement.Said allele can be searched by direct detection of the mutation responsible for the inhibition; it can also be sought by detecting the allelic form associated with this mutation of a polymorphism in linkage disequilibrium therewith. For example, the presence of the 12 nucleotides inserted into the intron of SBPl can be detected directly.
On peut ainsi utiliser des couples d'amorces qui amplifient sélectivement l'intron du gène SBPl, et détecter l'insertion des 12 nucléotides par comparaison de la taille du fragment amplifié avec le fragment obtenu d'un maïs qui ne contient pas ces nucléotides.It is thus possible to use pairs of primers which selectively amplify the intron of the SBP1 gene, and detect the insertion of the 12 nucleotides by comparison of the size of the amplified fragment with the fragment obtained from a corn that does not contain these nucleotides.
Les allèles mutants favorables à la digestibilité ainsi identifiés peuvent ensuite être introgressés dans des lignées choisies, et notamment dans des lignées élites à savoir des lignées présentant un potentiel agronomique et commercial important.The digestibility-friendly mutant alleles thus identified can then be introgressed in selected lines, and especially in elite lines, namely lines with significant agronomic and commercial potential.
L'invention se rapporte ainsi également à un allèle particulier du gène SBPl, qui est associé avec une meilleure digestibilité. Cet allèle est appelé SBPl-L.The invention thus also relates to a particular allele of the SBPl gene, which is associated with a better digestibility. This allele is called SBPl-L.
L'invention se rapporte ainsi notamment à une plante de maïs, ou un grain de maïs possédant ledit allèle SBPl-L, et aux méthodes permettant de les obtenir. De façon opposée, l'invention se rapporte à une plante ou un grain de maïs présentant un allèle SBPl muté, ladite mutation résultant en une inhibition de l'expression et/ou l'activité de SBPl (par rapport à un maïs quasi-isogénique ne possédant pas la mutation), et n'étant pas SBPl-L.The invention thus relates in particular to a corn plant, or a corn grain having said SBPL-L allele, and methods for obtaining them. In contrast, the invention relates to a plant or maize grain having a mutated SBPl allele, said mutation resulting in inhibition of the expression and / or activity of SBP1 (relative to a quasi-isogenic corn not having the mutation), and not being SBPl-L.
De façon préférée, le maïs selon l'invention est un maïs « élite ». L'homme du métier connaît bien la définition d'un maïs élite. Par maïs élite, on entend un maïs destiné à générer des hybrides destinés à être commercialisés par croisement avec un autre maïs élite. Un maïs élite est défini comme tel en relation avec le territoire envisagé pour la commercialisation, ainsi que le(s) caractère(s) agronomique(s) recherché(s) pour la descendance hybride. Il s'agit notamment d'un maïs pouvant être inscrit dans un catalogue de référence. Ainsi, si la descendance est destinée à l'alimentation animale, on recherchera par exemple un rendement élevé et régulier en tonnage de matière sèche à l'hectare et une bonne ingestibilité et digestibilité, lorsque l'on évalue la nature « élite du maïs ». Si la descendance est destinée à la production de biocarburants, tels les bio fuels ou les biogaz, on recherchera les maïs présentant le meilleur rendement énergétique après transformation.Preferably, the corn according to the invention is an "elite" corn. Those skilled in the art are familiar with the definition of elite maize. Elite maize is corn intended to produce hybrids intended to be marketed by crossing with another elite maize. An elite maize is defined as such in relation to the territory envisaged for marketing, as well as the agronomic character (s) sought for hybrid offspring. This includes a corn that can be included in a reference catalog. Thus, if the offspring is intended for animal feed, one will look for example a high and regular yield in tonnage of dry matter per hectare and a good ingestibility and digestibility, when one evaluates the nature "elite corn" . If the offspring is destined for the production of biofuels, such as biofuels or biogas, we will look for the maize with the best energy efficiency after processing.
Afin de déterminer le caractère élite d'un maïs, on compare des hybrides obtenus à partir de celui-ci aux hybrides commerciaux de référence (vendus pour le même objectif dans la même région), par des essais en champs, par relevé et mesures de caractères agronomiques appropriés à l'objectif recherché. Un maïs est défini comme élite si les résultats obtenus paramètres étudiés pour un hybride obtenu par croisement dudit maïs sont supérieurs à 90 % aux résultats relevés pour les mêmes paramètres des hybrides de référence. Dans le cadre de la présente invention, on étudie notamment le caractère de digestibilité et les composants de la parois (mesurés par NIRS (near infrared spectroscopy), par exemple). La spectroscopie de réflectance dans le proche infrarouge (NIRS) est la mesure de l'intensité de réflectance de la lumière proche infrarouge par un échantillon, dans les domaines 800 nm - 2.5 μm (12,500 - 4000 cm-1). Cette spectroscopie est typiquement utilisée pour des mesures quantitatives de groupes fonctionnels organiques, en particulier O-H, N-H et C=O. Cette méthode est couramment utilisée dans l'analyse de la digestibilité et de la composition biochimique d'échantillons végétaux.In order to determine the elite character of a maize, hybrids obtained from it are compared to commercial reference hybrids (sold for the same purpose in the same region), field trials, survey surveys, and control measures. agronomic traits appropriate to the objective sought. A corn is defined as elite if the results obtained parameters studied for a hybrid obtained by crossing said maize are greater than 90% to the results recorded for the same parameters of the reference hybrids. In the context of the present invention, the digestibility character and the wall components (measured by NIRS (near infrared spectroscopy), for example) are notably studied. Near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS) is the measurement of the reflectance intensity of near-infrared light by a sample in the 800 nm - 2.5 μm (12,500-4,000 cm-1) domains. This spectroscopy is typically used for quantitative measurements of organic functional groups, in particular O-H, N-H and C = O. This method is commonly used in the analysis of the digestibility and biochemical composition of plant samples.
Ainsi, un maïs élite est un maïs rassemblant le maximum de caractéristiques agronomiques nécessaires pour une pénétration économique du marché visé. Le marché du maïs étant aujourd'hui un marché d'hybrides, l'évaluation du caractère élite d'un maïs s'effectue également par l'aptitude dudit maïs à la combinaison/production d'hybrides.Thus, an elite maize is a corn gathering the maximum of agronomic characteristics necessary for an economic penetration of the target market. The Since the corn market is now a hybrid market, the evaluation of the elite character of maize is also done by the ability of the maize to combine / produce hybrids.
Ainsi, la mise en œuvre de la présente invention permet d'obtenir un maïs élite destiné à la commercialisation d'hybrides pour l'alimentation animale et l'ensilage, ou la production de biocarburants présentant Pallèle SBPl-L. Ce maïs élite est donc homozygote pour l'allèle SBPl-L.Thus, the implementation of the present invention makes it possible to obtain an elite maize intended for the marketing of hybrids for animal feed and silage, or the production of biofuels presenting Pallèle SBPl-L. This elite maize is homozygous for the SBPl-L allele.
Dans un autre mode de réalisation, l'invention permet d'obtenir un maïs hybride obtenu par croisement de deux lignées parentes homozygotes, ledit maïs hybride présentant un allèle SBPl-L. Ce maïs hybride peut être homozygote (si chaque parent homozygote présente l'allèle SBPl-L) ou hétérozygote pour l'allèleIn another embodiment, the invention makes it possible to obtain a hybrid maize obtained by crossing two homozygous parent lines, said hybrid maize having an SBPL-L allele. This hybrid maize can be homozygous (if each homozygous parent has the SBPL-L allele) or heterozygous for the allele
SBPl-L.SBPL-L.
Par la mise en œuvre de l'invention, on peut également générer un maïs ou un grain de maïs, contenant un ou plusieurs transgènes en plus de l'allèle SBPl-L. On peut citer des transgènes conférant une stérilité mâle, une fertilité mâle, la résistance à un herbicide (notamment le glyphosate, le glufosinate, Pimidazolinone, la sulfonylurée, la L-phosphinotricine, la triazine, le benzonitrile), la résistance aux insectes (notamment un transgène codant pour une toxine de Bacillus thuringiensis), la tolérance au stress hydrique. Ces maïs peuvent être obtenus en croisant un maïs contenant l'allèle SBPl-L avec un maïs contenant ledit transgène. La mise en œuvre de rétrocroisements suivis d'une autofécondation permet d'obtenir un maïs élite homozygote pour l'allèle SBPl-L et le trangène. Ainsi, on peut obtenir un maïs hybride contenant à la fois l'allèle SBPl-L et le transgène en suivant l'enseignement de l'invention.By the implementation of the invention, it is also possible to generate a maize or maize grain containing one or more transgenes in addition to the SBPL-L allele. Mention may be made of transgenes conferring male sterility, male fertility, resistance to a herbicide (in particular glyphosate, glufosinate, imidazolinone, sulfonylurea, L-phosphinotricin, triazine, benzonitrile), insect resistance (especially a transgene encoding a toxin of Bacillus thuringiensis), tolerance to water stress. These maize can be obtained by crossing a corn containing the SBPL-L allele with a corn containing said transgene. The implementation of backcrossing followed by self-fertilization yields homozygous elite maize for the SBPL-L and the trangene allele. Thus, a hybrid maize containing both the SBPL-L allele and the transgene can be obtained by following the teaching of the invention.
La présente invention fournit également à l'homme du métier les moyens permettant de sélectionner les plantes de maïs possédant des caractéristiques de tolérance aux pathogènes fongiques améliorées. Il suffit en effet d'effectuer une PCR, ou un Southern Blot (hybridation de l'ADN génomique sur membrane) pour suivre la présence de l'insertion de 12 nucléotides dans le premier intron du gène codant pour SBPl. L'homme du métier peut aisément déterminer les amorces et sondes permettant d'identifier la présence de l'allèle SBPl-L. L'invention se rapporte ainsi également à une méthode de suivi de l'allèle SBPl-L, par des techniques de biologie moléculaire, et notamment via la PCR en utilisant les amorces mentionnées dans les exemples.The present invention also provides those skilled in the art with the means to select corn plants having improved fungal pathogen tolerance characteristics. It suffices to carry out a PCR, or a Southern blot (genomic DNA hybridization on membrane) to monitor the presence of the insertion of 12 nucleotides in the first intron of the gene coding for SBP1. Those skilled in the art can easily determine the primers and probes for identifying the presence of the SBPL-L allele. The invention thus also relates to a method for monitoring the SBPL-L allele by means of molecular biology techniques, and in particular via PCR using the primers mentioned in the examples.
L'invention se rapporte également à une méthode pour obtenir une lignée de maïs présentant une meilleure ingestibilité et digestibilité, comprenant l'étape d'introgression de l'allèle SBPl-L, dans une lignée de référence, présentant un caractère agronomique de qualité. L'introgression du caractère est notamment réalisée par sélection, selon les méthodes connues dans l'art (croisements et autofécondation). On sélectionne notamment les plantes à l'aide de marqueurs moléculaires.The invention also relates to a method for obtaining a maize line having a better ingestibility and digestibility, comprising the step of introgression of the SBPL-L allele, in a reference line, having a quality agronomic character. The introgression of the character is notably carried out by selection, according to methods known in the art (crosses and selfing). Plants are selected in particular using molecular markers.
Le principe en est rappelé ci-dessous :The principle is recalled below:
On réalise une série de rétrocroisements (back-cross) entre la lignée élite et la lignée portant l'allèle SBPl-L.A series of backcrosses is performed between the elite line and the line bearing the SBPL-L allele.
Au cours des rétrocroisements, on peut sélectionner les individus porteurs de l'allèle SBPl-L, et ayant recombiné le plus petit fragment de la lignée donneuse autour de cet allèle. En effet, grâce aux marqueurs moléculaires, on sélectionne les individus ayant pour les marqueurs proches du gène, le génotype de la lignée élite.During backcrossing, individuals carrying the SBPL-L allele can be selected, and recombining the smallest fragment of the donor line around this allele. Indeed, thanks to the molecular markers, one selects the individuals having for the markers close to the gene, the genotype of the elite line.
De plus, il est également possible d'accélérer le retour vers le parent élite grâce aux marqueurs moléculaires répartis sur l'ensemble du génome. A chaque rétrocroisement, seront choisis les individus ayant le plus de fragments issus du parent élite récurrent.In addition, it is also possible to accelerate the return to the elite parent through molecular markers distributed throughout the genome. At each backcross, the individuals with the most fragments from the recurrent elite parent will be selected.
Avec une bonne mise en œuvre, dès la quatrième génération, on peut obtenir une lignée quasi isogénique de la lignée élite, c'est-à-dire identique à la lignée élite de départ, mais ayant intégré le locus portant l'allèle SBPl-L. Le fragment intégré porte l'allèle SBPl-L ainsi que des régions chromosomiques flanquantes issues deWith good implementation, from the fourth generation, it is possible to obtain an almost isogenic line of the elite line, that is to say identical to the original elite line, but having integrated the locus carrying the SBPL-allele. L. The integrated fragment carries the SBPL-L allele as well as flanking chromosomal regions derived from
F116.F116.
L'invention se rapporte ainsi à une méthode pour obtenir un maïs présentant une digestibilité et ingestibilité accrues, comprenant l'introgression de l'allèle SBPl-L dans ledit maïs, comprenant les étapes consistant à : a) croiser une première lignée de maïs présentant l'allèle SBPl-L avec un second maïs ne présentant pas ledit allèle, b) effectuer un génotypage de la descendance obtenue et sélectionner les descendants présentant l'allèle SBPl-L, c) effectuer un rétrocroisement desdits descendants avec ladite seconde lignée de maïs élite utilisable pour la production d'hybrides, d) répéter si nécessaire les étapes b) et c) jusqu'à obtenir une lignée isogénique dudit second maïs, présentant l'allèle SBPl-L, e) de façon optionnelle, effectuer une auto-fécondation afin d'obtenir une plante homozygote pour l'allèle SBPl-L.The invention thus relates to a method for obtaining corn having increased digestibility and ingestibility, comprising introgressing the SBPL-L allele in said maize, comprising the steps of: a) crossing a first corn line exhibiting the SBPL-L allele with a second maize not having the said allele, b) genotyping the progeny obtained and selecting the progeny with the SBPL-L allele, c) backcrossing said descendants with said second elite maize line usable for the production of hybrids, d) repeating if necessary steps b) and c) until obtaining an isogenic line of said second maize, having the SBPL allele -L, e) optionally, perform a self-fertilization to obtain a homozygous plant for the SBPl-L allele.
Le génotypage de l'étape b) est effectué préférentiellement en utilisant des marqueurs moléculaires (marqueurs microsatellites par exemple), permettant de définir la part de chacun des deux parents dans la descendance. On sélectionne également, dans la descendance, les maïs qui possèdent le caractère génétique approprié pour ce qui est de l'allèle SBPl-L, de façon classique, par les méthodes de biologie moléculaire (telles que PCR ou Southern Blot). De façon optionnelle, à l'étape b), on sélectionne les descendants ayant le meilleur génome ratio pour ce qui est dudit second maïs. Les maïs obtenus à l'issue de l'étape d) ou e) peuvent être utilisés pour créer des hybrides, ou multipliés en tant que parents. Les descendants (hybrides ou descendance par autofécondation ou autres croisements) sont ainsi des maïs dérivés de maïs obtenus par le procédé de sélection mentionné ci-dessus.The genotyping of step b) is preferably carried out using molecular markers (microsatellite markers for example), making it possible to define the share of each of the two parents in the offspring. Maize, which has the appropriate genetic character with respect to the SBPL-L allele, is conventionally selected in the offspring by conventional molecular biology methods (such as PCR or Southern Blot). Optionally, in step b), the offspring with the best genome ratio are selected for the second maize. Maize obtained from step d) or e) can be used to create hybrids, or multiplied as parents. The descendants (hybrids or descendants by self-fertilization or other crosses) are thus maize derived maize obtained by the selection process mentioned above.
La digestibilité et l'ingestibilité accrues du maïs selon la présente invention sont entendues par rapport à un maïs quasi-isogénique ne comprenant pas l'allèle SBPl-L, et est mesurée par NIRS, ainsi que décrit ci-dessus ou par la baisse de l'acide férulique réticulant et de la quantité de lignines (Acid Détergent Lignin) après isolement des parois (Neutral Détergent Fibers), selon les méthodes connues de l'homme du métier. On peut aussi directement mesurer l'amélioration de la digestibilité de la matière organique de la partie tige + feuilles de la plante, en pourcentage de matière organique digérée, ou le pourcentage de lignines et la digestibilité des parois, et la teneur en acide férulique réticulant selon les méthodes connues dans l'art.The increased digestibility and ingestibility of maize according to the present invention is understood to be relative to a quasi-isogenic corn that does not include the SBPL-L allele, and is measured by NIRS, as described above or by the decrease in crosslinking ferulic acid and the amount of lignins (Lignin Acid Detergent) after isolation of the walls (Neutral Detergent Fibers), according to methods known to those skilled in the art. One can also directly measure the improvement of the digestibility of the organic matter of the stem + leaves part of the plant, in percentage of digested organic matter, or the percentage of lignins and the digestibility of the walls, and the ferulic acid crosslinking content according to the methods known in the art.
Par ailleurs, les résultats agronomiques observés après de multiples rétrocroisements ne montrent pas de différence entre les lignées isogéniques présentant l'allèle SBPl-L et les plantes quasi-isogéniques. Enfin, l'invention se rapporte à l'utilisation d'un maïs selon l'invention, obtenu par un procédé selon l'invention, ou dérivé d'un tel maïs (notamment un maïs hybride dont au moins l'un des deux parents est un maïs selon l'invention ou a été obtenu par un procédé selon l'invention) pour la préparation d'une composition destinée à l'alimentation animale, à une méthode pour la préparation d'une composition destinée à l'alimentation animale comprenant l'ensilage d'un maïs selon l'invention, ainsi qu'à la composition destinée à l'alimentation animale, ainsi obtenue. En particulier, ledit maïs est particulièrement utile pour l'alimentation du bétail, ou pour la production de biocarburants, et notamment de biofuels ou biogaz.In addition, the agronomic results observed after multiple backcrosses do not show any difference between the isogenic lines presenting the SBPL-L allele and the quasi-isogenic plants. Finally, the invention relates to the use of a maize according to the invention, obtained by a process according to the invention, or derived from such a maize (in particular a hybrid maize of which at least one of the two parents is a corn according to the invention or has been obtained by a process according to the invention) for the preparation of a composition intended for animal feed, a method for the preparation of a composition intended for animal feed comprising silage of a corn according to the invention, as well as the composition intended for animal feed, thus obtained. In particular, said maize is particularly useful for feeding cattle, or for the production of biofuels, including biofuels or biogas.
Les exemples non- limitatifs qui suivent illustrent l'invention et l'implication de SBPl dans la digestibilité, et son utilisation pour l'obtention de plantes possédant une digestibilité et une ingestibilité améliorées et la production de biocarburants tels les biofuels ou biogaz.The nonlimiting examples which follow illustrate the invention and the implication of SBP1 in digestibility, and its use for obtaining plants having improved digestibility and ingestibility and the production of biofuels such as biofuels or biogas.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1 : Comparaison de l'expression du gène SBPl entre deux variétés de maïs présentant des digestibilités différentesExample 1 Comparison of the Expression of the SBPl Gene Between Two Corn Varieties Having Different Digestibilities
On a utilisé des lignées de maïs nommées Fl 16 (plus digestible) et F2 (moins digestible). Les plantes ont été maintenues en serre. Les tiges ont été prélevées juste après l'émergence des panicules, 4 heures après le lever du soleil. Les échantillons des trois répétitions biologiques ont été mélangés pour l'extraction d'ARN. Les échantillons ont été maintenus à -800C dans l'azote liquide.Corn lines called Fl 16 (more digestible) and F2 (less digestible) were used. The plants were kept in a greenhouse. The stems were collected just after emergence of the panicles, 4 hours after sunrise. Samples of the three biological repeats were mixed for RNA extraction. The samples were maintained at -80 ° C. in liquid nitrogen.
L'ARN total a été isolé de 2 g de chaque échantillon, et le matériel resuspendu dans le tampon d'extraction (100 mM Tris, pH 8.0, 100 mM LiCL, 10 mM EDTA, 1% SDS, 1% PVPP, 1% PVP, 770 mg/1 DTT) et extrait deux fois avec un mélange phénol:chloroforme:alcool isoamyl (25:24:1). L'ARN total a été précipité avec 2 M LiCl à 4°C pendant une nuit et centrifugé (45 min à 12,000 tours par minute et 4°C). Le culot a été resuspendu dans de l'eau distillée stérile. L'ARN total a alors été purifié avec le kit RNeasy Midi (Qiagen; Ref 75144), et soumis à digestion d'ADN avec le kit DNase sans RNase (Qiagen; Ref 79254) pendant 45 min à 300C. La quantité d'ARN a été mesurée à 260 nm avec un Biophotomètre (Eppendorf) et visualisée sur des gels à 1,5% d'agarose. La concentration d'ARN a été ajustée à 1 μg/μl pour utilisation future.Total RNA was isolated from 2 g of each sample, and the material resuspended in the extraction buffer (100 mM Tris, pH 8.0, 100 mM LiCl, 10 mM EDTA, 1% SDS, 1% PVPP, 1% PVP, 770 mg / l DTT) and extracted twice with phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1). Total RNA was precipitated with 2 M LiCl at 4 ° C overnight and centrifuged (45 min at 12,000 rpm and 4 ° C). The pellet was resuspended in sterile distilled water. The total RNA was then purified with the RNeasy Midi kit (Qiagen, Ref 75144), and subjected to DNA digestion with the RNase-free DNase kit (Qiagen, Ref 79254) for 45 min at 30 ° C. RNA was measured at 260 nm with a Biophotometer (Eppendorf) and visualized on 1.5% agarose gels. The RNA concentration was adjusted to 1 μg / μl for future use.
On a utilisé une membrane contenant des étiquettes spécifiques de 691 gènes (gene-specifîc tags (GSTs)), décrite par Guillaumie et al (Plant Physiol. 2007 Jan;143(l):339-63). La synthèse des sondes d'ADNc, l'hybridation de la membrane et l'analyse des données ont été réalisées selon Pesquet et al. (Plant Physiol. 2005 Dec; 139(4): 1821-39) et Guillaumie et al. (op. cit.). Chaque gène a été déposé deux fois sur deux membranes, ce qui correspond à quatre répétitions (20 x 20 cm Nytran Super-Charge nylon membrane, Schleicher and Schuell, Keene, NH, USA). Deux hybridations indépendantes ont été réalisées pour chaque échantillon. La reproductibilité de l'intensité brute du signal sur les membranes a été vérifiée pour chaque membrane et entre les membranes pour chaque gène. Les valeurs aberrantes n'ont pas été prises en compte. La normalisation a été réalisée sur la base du bruit de fond sans hybridation, l'hybridation non-spécifique et les contrôles positifs (Tris- EDTA pH8, pBluescriptll, ubiquitine et kanamycin-nptll). La déviation standard a été calculée pour chaque gène après normalisation. Selon Pesquet et al. (2005) et Guillaumie et al. (2007), les gènes qui présentent une différence d'hybridation de plus de deux fois par rapport aux signaux moyens sont considérés comme différentiellement exprimés. Le niveau d'hybridation normalisé sous 3000 étant similaire au niveau observé sur une membrane sans hybridation, le niveau minimal d'hybridations significatives a été fixé à une valeur normalisée de 6000 (2 fois la valeur du blanc).A membrane containing labels specific for 691 genes (gene-specific tags (GSTs)), described by Guillaumie et al (Plant Physiol, 2007 Jan, 143 (I): 339-63), was used. The synthesis of cDNA probes, membrane hybridization and data analysis were performed according to Pesquet et al. (Plant Physiol 2005 Dec 139 (4): 1821-39) and Guillaumie et al. (op cit). Each gene was deposited twice on two membranes, corresponding to four replicates (20 x 20 cm Nytran Super-Charge Membrane Nylon, Schleicher and Schuell, Keene, NH, USA). Two independent hybridizations were performed for each sample. The reproducibility of the gross signal intensity on the membranes was checked for each membrane and between the membranes for each gene. Outliers were not taken into account. Normalization was performed on the basis of background without hybridization, non-specific hybridization and positive controls (Tris- EDTA pH8, pBluescriptII, ubiquitin and kanamycin-nptll). The standard deviation was calculated for each gene after normalization. According to Pesquet et al. (2005) and Guillaumie et al. (2007), genes that show a hybridization difference of more than twice compared to mean signals are considered differentially expressed. The normalized level of hybridization at 3000 is similar to the level observed on a membrane without hybridization, the minimum level of significant hybridizations was set at a normalized value of 6000 (2 times the value of the blank).
On a ainsi montré que le gène SBPl est différentiellement exprimé de façon significative. Ce gène est sous-exprimé dans la lignée FIl 6 avec un rapport d'intensité F116/F2 égal à 0,39. Ce gène a été clone par Scott-Craig et al. (Plant Physiol. (1998) 116: 1083-1089) dans la lignée de maïs B73, et était considéré comme impliqué dans les mécanismes de protection de la plante contre les blessures liées aux herbicides chloroacétanilide et thiocarbamate. Le rôle normal de SBPl dans le métabolisme du maïs n'a toujours pas été élucidé, bien que certaines études l'aient lié à une possible implication dans les phénomènes de lignification (Scott- Craig et al. 1998). Les inventeurs ont également montré son implication dans la biosynthèse de l'acide férulique et sans doute des unités S. On a également utilisé les mêmes échantillons d'ARN pour effectuer une étude sur une puce à ADN. Cette puce contient 57 000 oligonucléotides spécifiques de maïs. On a effectué une transcription inverse des échantillons d'ARN, que l'on a marqués avec un système Cy3 and Cy5 avec le kit Ambion Amino Allyl MessageAmp (ref 1752; www.ambion.com). Les échantillons ont été hybrides aux lames et incubés toute une nuit à 37°C sur un Slide Booster (Advalytix; www.advalytix.com). Après hybridation, les lames ont été scannées. Chaque hybridation produit une paire d'images qui ont été traitées avec Arrayvision software (Imaging Research Inc), qui permet la segmentation et la correction du bruit de fonds et produit des paires d'intensité de fluorescence pour chaque oligonucléotide sur chaque lame avec R = red for Cy5 and G = green for Cy3.It has been shown that the SBP1 gene is differentially significantly differentiated. This gene is under-expressed in line FI16 with an intensity ratio F116 / F2 equal to 0.39. This gene has been cloned by Scott-Craig et al. (Plant Physiol (1998) 116: 1083-1089) in corn line B73, and was believed to be involved in plant protection mechanisms against chloroacetanilide and thiocarbamate herbicide-related injuries. The normal role of SBP1 in maize metabolism has not been elucidated, although some studies have linked it to possible involvement in lignification (Scott-Craig et al., 1998). The inventors have also shown its involvement in the biosynthesis of ferulic acid and probably S units. The same RNA samples were also used to perform a study on a DNA chip. This chip contains 57,000 corn-specific oligonucleotides. RNA samples, which were labeled with a Cy3 and Cy5 system with Ambion Amino Allyl MessageAmp kit (ref 1752, www.ambion.com), were reverse transcribed. The samples were hybridized to the slides and incubated overnight at 37 ° C on a Slide Booster (Advalytix, www.advalytix.com). After hybridization, the slides were scanned. Each hybridization produces a pair of images that have been processed with Arrayvision software (Imaging Research Inc), which allows the segmentation and correction of background noise and produces fluorescence intensity pairs for each oligonucleotide on each slide with R = red for Cy5 and G = green for Cy3.
Pour la normalisation des données, la méthode loess a été utilisée, et permet une normalisation locale A-dépendante.For data normalization, the loess method has been used, and allows for A-dependent local normalization.
Sur les 57 000 oligonucléotides déposés sur la lame, 175 ont été identifiés comme correspondant à des gènes potentiellement impliqués dans la synthèse de la paroi cellulaire. Sur ces 175 gènes, 14 sont sous-exprimés, 27 sur-exprimés, et 134 ne présentent pas de différences d'expression entre F2 et F116. Cette étude a permis de montrer que le gène SBPl est sous-exprimé dansOf the 57,000 oligonucleotides deposited on the slide, 175 were identified as genes potentially involved in cell wall synthesis. Of these 175 genes, 14 are under-expressed, 27 over-expressed, and 134 show no expression differences between F2 and F116. This study has shown that the SBPl gene is under-expressed in
F116 par rapport à F2, avec un ratio d'expression F116/F2 étant proche de 0,4.F116 compared to F2, with an expression ratio F116 / F2 being close to 0.4.
Ces deux études montrent que le gène SBPl est sous-exprimé dans une lignée de maïs plus digestible par rapport à une autre lignée de maïs.These two studies show that the SBP1 gene is under-expressed in a more digestible corn line compared to another corn line.
Exemple 2 : Identification d'un allèle spécifique d'une variété digestibleExample 2 Identification of a Specific Allele of a Digestible Variety
Le séquençage du gène SBPl a été effectué sur quatre produits d'amplification avec les paires d'amorces suivantes : SBP 1 01 forward 5'- GAGCACACTTGACTAGTC-3' (SEQ ID N° 6), SBP 1 01 reverse 5'- CAGAAGCCATTGCT AGAG-3' (SEQ ID N° 7); SBPl I l forward 5'- CACATACACAAGCACAAGCG-3' (SEQ ID N0 8), SBPl I l reverse 5'-Sequencing of the SBP1 gene was performed on four amplification products with the following primer pairs: SBP 110 forward 5'-GAGCACACTTGACTAGTC-3 '(SEQ ID NO: 6), SBP 110 reverse 5'-CAGAAGCCATTGCT AGAG -3 '(SEQ ID NO: 7); SBPl I forward 5'-CACATACACAAGCACAAGCG-3 '(SEQ ID NO : 8), SBP I I reverse 5'-
TATCTCGATGCCGAAGTTGTC-3' (SEQ ID N0 9); SBP1 21 forward 5'- GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3' (SEQ ID N° 10), SBP 1 21 reverse 5'- GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3' (SEQ ID N° 11); SBP1 31 forward 5'- CCTGAAGGAATTTGGAGCTC-3' (SEQ ID N0 12), SBP1 31 reverse 5'- CGGTAGTGAT AGTAGTAAGC A-3' (SEQ ID N° 13).TATCTCGATGCCGAAGTTGTC-3 '(SEQ ID NO : 9); SBP1 21 forward 5'-GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3 '(SEQ ID NO: 10), SBP 1 21 reverse 5'- GGTGC AATCTC ACGGAT AGAC-3 '(SEQ ID NO: 11); SBP1 31 forward 5'-CCTGAAGGAATTTGGAGCTC-3 '(SEQ ID NO : 12), SBP 31 reverse 5'-CGGTAGTGAT AGTAGTAAGC A-3' (SEQ ID NO: 13).
Les PCR ont été réalisées dans un volume total de 50 μl avec 30 ng d'ADN génomique, le tampon Taq polymérase, 3 mM MgCl2, 0,2 mM de chaque DNTP, 0,4μM de chaque amorce, 0,5 unités de Platinium Taq DNA polymérase (Invitrogen Ref 10966-018). Les conditions étaient les suivantes : 94°C pendant 2 min; 40 cycles à 94°C pendant 1 min, 56°C pendant 1 min, 72°C pendant 1 min 30; et une extension finale à 72°C pendant 7 min. Les produits d'amplification ont été vérifiés sur un gel à 1% d'agarose et le séquençage réalisé.The PCRs were carried out in a total volume of 50 μl with 30 ng of genomic DNA, buffer Taq polymerase, 3 mM MgCl 2 , 0.2 mM of each DNTP, 0.4 μM of each primer, 0.5 Platinium Taq DNA polymerase (Invitrogen Ref 10966-018). The conditions were as follows: 94 ° C for 2 min; 40 cycles at 94 ° C for 1 min, 56 ° C for 1 min, 72 ° C for 1 min 30; and a final extension at 72 ° C for 7 min. The amplification products were checked on a 1% agarose gel and the sequencing performed.
Une étude de polymorphisme a été effectuée sur les deux lignées FIl 6 et F2. Par rapport à l'allèle de F2, l'allèle de F116 présente une délétion d'un codon codant pour un acide glutamique (GAG) dans le premier exon, et une insertion de 12 pb dans l'intron. Ces éléments sont tout à fait originaux et spécifiques de F116 (d'après une comparaison avec d'autres lignées). On a également mis en évidence une insertion de 12 pb dans la région 3' non traduite (3'UTR) chez F116, absente chez F2. Il est toutefois à noter que ces 12 nucléotides sont présents dans le génome de la lignée B73, étudiée par Scott-Craig et al., ou dans le génome d'autres lignées. L'allèle spécifique de F116 (SEQ ID N° 4) est appelé SBPl-L. Sans être lié par cette interprétation, il est possible que l'ajout de nucléotides dans l'allèle SBPl-L mène à une plus grande instabilité de l'ARN messager, et à une dégradation importante. Il est également possible que la protéine traduite (SEQ ID N° 5) présente une activité moins importante que la protéine obtenue pour l'allèle décrit par SEQ ID N° 1, du fait de la disparition d'un acide glutamique.A polymorphism study was performed on both FIl 6 and F2 lines. With respect to the F2 allele, the F116 allele has a deletion of a codon encoding a glutamic acid (GAG) in the first exon, and a 12 bp insertion into the intron. These elements are quite original and specific to F116 (according to a comparison with other lineages). An insertion of 12 bp in the 3 'untranslated region (3'UTR) in F116, absent in F2, was also detected. It should be noted, however, that these 12 nucleotides are present in the genome of line B73, studied by Scott-Craig et al., Or in the genome of other lines. The specific allele of F116 (SEQ ID NO: 4) is called SBP1-L. Without being bound by this interpretation, it is possible that the addition of nucleotides in the SBPL-L allele leads to greater instability of the messenger RNA, and to significant degradation. It is also possible that the translated protein (SEQ ID No. 5) has a lower activity than the protein obtained for the allele described by SEQ ID No. 1, due to the disappearance of a glutamic acid.
Exemple 3 : Introduction de l'allèle SBPl-L dans la lignée F2Example 3 Introduction of the SBPL-L Allele in the F2 Line
Afin d'évaluer l'effet de l'allèle SBPl-L, on a développé 140 lignées recombinantes (RIL, Recombinant Inbred Lines) entre les lignées F2 et FIl 6, jusqu'à la 7eme génération. Ces lignées ont été testées pour leur digestibilité. On a ainsi montré que le gène SBPl, situé sur le bin 2.04 co localise avec plusieurs QTL liés à l'acide férulique. La présence de l'allèle SBPl-L provenant de FIl 6 dans des lignées quasi-isogéniques (qui ne diffèrent globalement que par la présence ou l'absence de cet allèle a pour effet un contenu en acide férulique éthérifié inférieur au contenu observé pour la lignée contenant l'allèle provenant de F2, et une meilleure digestibilité in vitro.To assess the effect of the allele SBPL-L was developed 140 recombinant inbred lines (RIL, Recombinant Inbred Lines) between lines F2 and wire 6 until the 7 th generation. These lines were tested for their digestibility. It has been shown that the SBPl gene, located on bin 2.04 co localizes with several QTLs linked to ferulic acid. The presence of the SBI-L allele from FIl 6 in quasi-isogenic lines (which differ globally only in the presence or absence of this allele results in a ferulic acid content etherified lower than the observed content for the line containing the allele from F2, and better digestibility in vitro.
On conclut de ces données que l'allèle SBPl-L permet par lui-même de modifier la teneur en férulates (et en S possiblement) et d'améliorer la digestibilité et l'ingestibilité d'un maïs.From these data, it is concluded that the SBPL-L allele allows itself to modify the ferule (and possibly S) content and to improve the digestibility and ingestibility of maize.
Exemple 4 : Sous-expression de SBPl par transgenèseExample 4 Subexpression of SBPl by Transgenesis
Des plants de maïs ont été transformés par Agrobacterium tumefaciens par une séquence partielle du gène SBPl (Plant Physiol 1998 : 116 : 1083-1089) dans le but d'inhiber spécifiquement l'expression de ce gène afin d'augmenter leur digestibilité.Corn plants were transformed by Agrobacterium tumefaciens by a partial sequence of the SBP1 gene (Plant Physiol 1998: 116: 1083-1089) in order to specifically inhibit the expression of this gene in order to increase their digestibility.
La séquence partielle de SBPl correspond aux nucléotides 597-1047 deThe partial sequence of SBP1 corresponds to nucleotides 597-1047 of
SEQ ID N° 1. Ce fragment a été obtenu par PCR sur ADN génomique et clone dans le vecteur pGEMT-easy afin d'obtenir le plasmide nommé pBIOS1428. Ce fragment PCR a ensuite été clone dans le pENTR-lA par coupure du pBIOS1428 par Spel (bouts rendus cohésifs) et Not\ et coupure du pENTR-lA par Xmn\ et Notl.SEQ ID No. 1. This fragment was obtained by PCR on genomic DNA and cloned into the vector pGEMT-easy in order to obtain the plasmid named pBIOS1428. This PCR fragment was then cloned into pENTR-1A by cleaving pBIOS1428 with SpeI (cohesive ends) and NotI and cleaving pENTR-1A with XmnI and NotI.
Après ligation, le plasmide pBIOS1451 a été obtenu. La réaction de ligation entre pBIOS1451 et pBIOS893 a permis d'obtenir le plasmide pBIOS1461 (FIGURE 1) qui porte la séquence partielle de SBPl en orientation sens et antisens, les deux fragments étant séparés par un intron afin de favoriser la rencontre des 2 brins complémentaires pour former un ARN double brin lors de la transcription. Ce construit permet d'inhiber l'expression du gène SBPl par RNAi.After ligation, plasmid pBIOS1451 was obtained. The ligation reaction between pBIOS1451 and pBIOS893 made it possible to obtain the plasmid pBIOS1461 (FIGURE 1) which bears the partial sequence of SBP1 in sense and antisense orientation, the two fragments being separated by an intron in order to favor the meeting of the complementary 2 strands. to form a double-stranded RNA during transcription. This construct makes it possible to inhibit the expression of the SBPl gene by RNAi.
Le plasmide pBIOS893 est un dérivé de pSBl l (Komari et al, Plant J. 10,Plasmid pBIOS893 is a derivative of pSB1 (Komari et al., Plant J. 10,
165-174, 1996) qui contient notamment des gènes marqueurs pour la sélection des maïs transformés, un promoteur CsVMV constitutif (Verdaguer et al. Plant Mol165-174, 1996) which contains, in particular, marker genes for the selection of transformed maize, a constitutive CsVMV promoter (Verdaguer et al., Plant Mol
Biol 6, 1129-1139, 1996) suivi de l'intron du gène actine de riz (McElroy et al.,Biol 6, 1129-1139, 1996) followed by the intron of the rice actin gene (McElroy et al.
Plant CeIl, (2) 163, 1990), et un site de polyadénylation Sac66 (Jenkins et al, PlantPlant Cell, (2) 163, 1990), and a Sac66 polyadenylation site (Jenkins et al., Plant.
CeIl Environ. 22, 159-167, 1999). pBIOS1461 a été transféré dans la souche d 'Agrobacterium LBA4404 (pSBl) selon les dispositions de Komari et α/.(1996, op. cit.) et la lignée A188 a été transformée avec la souche d' agrobactérie comme décrit par Ishida et al. (1996, op. cit.). Les transformants sont analysés par Southern Blot afin de déterminer le nombre de copies et si possible le nombre de loci.This is about. 22, 159-167, 1999). pBIOS1461 was transferred to the Agrobacterium strain LBA4404 (pSB1) according to the provisions of Komari et al (1996, op cit) and the A188 line was transformed with the Agrobacterium strain as described by Ishida et al. . (1996, op cit). Transformants are analyzed by Southern Blot to determine the number of copies and if possible the number of loci.
Des semis sur la génération Tl sont effectués afin de prélever le mésocotyle et l'hypocotyle. Ces prélèvements sont destinés à extraire les ARN afin de doser l'expression résiduelle de SBPl dans ces tissus. On obtient donc des données transcriptomiques permettant de sélectionner les transformants dans lesquels l'expression de SBPl est réduite et ceux ci seront utilisés pour des analyses plus poussées.Seedlings on the T1 generation are made to collect mesocotyl and hypocotyl. These samples are intended to extract the RNAs in order to measure the residual expression of SBP1 in these tissues. Transcriptomic data are thus obtained to select transformants in which the expression of SBP1 is reduced and those will be used for further analyzes.
Il s'agit ensuite de phénotyper ces plantes via des analyses biochimiques afin de doser le contenu en acide férulique, qui intervient dans la réticulation des parois, et de vérifier l'ingestibilité et la digestibilité des plantes ainsi obtenues. It is then a question of phenotyping these plants via biochemical analyzes in order to measure the content of ferulic acid, which intervenes in the crosslinking of the walls, and to verify the ingestibility and the digestibility of the plants thus obtained.

Claims

Revendications claims
1. Procédé pour améliorer la digestibilité et l'ingestibilité d'une plante, ainsi que sa dégradabilité pour la production de biocarburants, caractérisé en ce que l'on inhibe totalement ou partiellement l'expression et/ou l'activité dans ladite plante, d'une enzyme dénommée ci-après SBPl, dont la séquence polypeptidique possède au moins 75% d'identité avec la séquence SEQ ID N° 3.A method for improving the digestibility and ingestibility of a plant, as well as its degradability for the production of biofuels, characterized in that the expression and / or activity in said plant is totally or partially inhibited, an enzyme hereinafter referred to as SBP1, the polypeptide sequence of which has at least 75% identity with the sequence SEQ ID No. 3.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plante est le maïs.2. Method according to claim 1, characterized in that said plant is corn.
3. Utilisation d'au moins un polynucléotide choisi parmi : a) un polynucléotide codant pour une enzyme SBPl telle que définie dans la revendication 1 ; b) un polynucléotide complémentaire d'un polynucléotide a) ci-dessus ; c) un fragment d'au moins 12 nucléotides consécutifs, d'un polynucléotide a) ou b) ci-dessus, ou capable de s'hybrider sélectivement avec ledit polynucléotide ; d) un polynucléotide permettant la production d'un duplex utilisable pour l'interférence d'ARN (RNAi), ledit un polynucléotide contenant un polynucléotide X contenant au moins 12 nucléotides, de préférence au moins 15, avantageusement au moins 20, et de manière tout à fait préférée au moins 50 nucléotides capable de s'hybrider sélectivement avec un polynucléotide défini en a), ainsi qu'un polynucléotide Y complémentaire dudit polynucléotide X pour la mise en oeuvre d'un procédé selon une quelconque des revendications 1 ou 2.3. Use of at least one polynucleotide selected from: a) a polynucleotide encoding an SBP1 enzyme as defined in claim 1; b) a polynucleotide complementary to a polynucleotide a) above; c) a fragment of at least 12 consecutive nucleotides, a polynucleotide a) or b) above, or capable of hybridizing selectively with said polynucleotide; d) a polynucleotide allowing the production of a duplex that can be used for the interference of RNA (RNAi), said polynucleotide containing a polynucleotide X containing at least 12 nucleotides, preferably at least 15, advantageously at least 20, and at least 50 nucleotides capable of selectively hybridizing with a polynucleotide defined in a) and a complementary polynucleotide Y of said polynucleotide X for the implementation of a process according to any one of claims 1 or 2.
4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'inhibition de l'expression et/ou de l'activité de l'enzyme SBPl est obtenue par mutagenèse du gène codant pour ladite enzyme. 4. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the inhibition of the expression and / or activity of the enzyme SBP1 is obtained by mutagenesis of the gene encoding said enzyme.
5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend la transformation de ladite plante avec une construction d'ADN recombinant comprenant un polynucléotide tel que défini dans la revendication 3, sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié.5. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises the transformation of said plant with a recombinant DNA construct comprising a polynucleotide as defined in claim 3, under transcriptional control of a suitable promoter .
6. Cassette d'expression comprenant un polynucléotide tel que défini dans la revendication 3, sous contrôle transcriptionnel d'un promoteur approprié.An expression cassette comprising a polynucleotide as defined in claim 3, under transcriptional control of a suitable promoter.
7. Vecteur recombinant contenant une cassette d'expression selon la revendication 6.Recombinant vector containing an expression cassette according to claim 6.
8. Maïs susceptible d'être obtenu par le procédé selon la revendication 4, et présentant une mutation dans le gène codant pour l'enzyme SBPl dont la séquence possède au moins 75 % d'identité avec SEQ ID N° 2, ladite mutation résultant en une inhibition de l'expression et/ou l'activité de SBPl .8. Corn obtainable by the method according to claim 4, and having a mutation in the gene encoding the SBP1 enzyme whose sequence has at least 75% identity with SEQ ID No. 2, said mutation resulting in an inhibition of the expression and / or the activity of SBP1.
9. Maïs génétiquement modifié, susceptible d'être obtenu par un procédé selon la revendication 5.9. Genetically modified corn obtainable by a process according to claim 5.
10. Procédé de sélection de maïs, caractérisé en ce qu'il comprend la recherche d'un allèle du gène de l'enzyme SBPl possédant une mutation résultant en une amélioration de la digestibilité dudit maïs.10. A method of selecting maize, characterized in that it comprises the search for an allele of the SBPl enzyme gene having a mutation resulting in an improvement in the digestibility of said maize.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé ce que ledit allèle est représenté par SEQ ID N° 4.11. The method of claim 10, characterized in that said allele is represented by SEQ ID No. 4.
12. Méthode pour obtenir un maïs présentant une digestibilité accrue, comprenant l'introgression de l'allèle SBPl-L dans ledit maïs, comprenant les étapes consistant à : a) croiser une première lignée de maïs présentant l'allèle SBPl-L avec un second maïs ne présentant pas ledit allèle, b) effectuer un génotypage de la descendance obtenue et sélectionner les descendants présentant Pallèle SBPl-L, et optionnellement ayant le meilleur génome ratio pour ce qui est dudit second maïs, c) effectuer un rétrocroisement desdits descendants avec ladite seconde lignée de maïs élite utilisable pour la production d'hybrides, d) répéter si nécessaire les étapes b) et c) jusqu'à obtenir une lignée isogénique dudit second maïs, présentant l'allèle SBPl-L, e) de façon optionnelle, effectuer une auto-fécondation afin d'obtenir une plante homozygote pour l'allèle SBPl-L.A method for obtaining corn having increased digestibility, comprising introgressing the SBPL-L allele in said maize, comprising the steps of: a) crossing a first maize line having the SBPL-L allele with a second maize does not have said allele, b) genotyping the progeny obtained and selecting the progeny with Pallele SBP1-L, and optionally having the best genome ratio for said second maize, c) backcrossing said progeny with said second elite maize line usable for the production of hybrids, d) if necessary repeat steps b) and c) until an isogenic line of the second maize with the SBPL-L allele is obtained, e) optionally, perform self-fertilization in order to to obtain a homozygous plant for the SBPL-L allele.
13. Utilisation d'un maïs selon la revendication 8 ou 9, obtenu par un procédé selon la revendication 12 ou dérivé d'un tel maïs, pour la préparation d'une composition destinée à l'alimentation animale ou la préparation de biocarburants.13. Use of a maize according to claim 8 or 9, obtained by a process according to claim 12 or derived from such maize, for the preparation of a composition intended for animal feed or the preparation of biofuels.
14. Méthode pour la préparation d'une composition destinée à l'alimentation animale comprenant l'ensilage d'un maïs selon la revendication 8 ou 9, obtenu par un procédé selon la revendication 12 ou dérivé d'un tel maïs.14. A method for the preparation of a composition for animal feed comprising silage corn according to claim 8 or 9, obtained by a process according to claim 12 or derived from such corn.
15. Méthode pour la préparation de biocarburants comprenant la dégradation d'un maïs selon la revendication 8 ou 9, obtenu par un procédé selon la revendication 12 ou dérivé d'un tel maïs. 15. Method for the preparation of biofuels comprising the degradation of a corn according to claim 8 or 9, obtained by a process according to claim 12 or derived from such corn.
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