在acs2基因中具有非转基因改变的番茄植物的制作方法_2

文档序号:9220597阅读:来源:国知局
天数,例如,可以将野生型对照植物(在与突变体植物相同的条件下生长的并 且处于相同的发育阶段)的第一果实进入特定阶段(例如,破色期或其后期阶段)的那天 作为起点(第一天),从这天起定期(以特定的时间间隔,例如1、2、3、4、5或6天之后)观 察果实,直到第一果实经过完全成熟阶段并变'坏'的那天(如视觉上和/或通过评估果实 柔软度可测定的)。
[0042] 在本申请中,与词语"贮藏期"结合使用的词语"改善的"、"增加的"、"更长的"和 "延长的"可互换使用并且所有这些都是指本发明番茄植物的果实平均具有比所述对照果 实(Acs2/Acs2 果实,例如 Pusa Sheetal、Tapa 或 TPAADASU)更长的贮藏期。
[0043] "延迟的成熟"是指与野生型Acs2等位基因纯合型(Acs2/ACS2)的植物的野生型 对照果实相比,本发明的番茄植物或植物株系(例如,突变体)的果实平均需要显著更多 的天数以从番茄果实成熟的绿熟期、破色期、转色期和/或粉红期到达红熟期。延迟成熟 可以在植物上测量和/或在收获后作为特定百分比的果实(例如10%、20%、30%、40%、 50%、60%、70%、80%、90%和/或100%的果实)达到红熟期所需的天数来进行测量。如 果 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和/或100%的果实达到红熟期所花 的天数与野生型对照果实达到相同百分比的红色果实所花的天数相比至少长2、3、4、5、6、 7、8、9、10、11、12、13、14或15天,则认为该植物具有延迟成熟的表型。应当理解,对于在植 物上以及收获后测量的延迟成熟,上文所举例的天数(即2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14或15)与达到红熟期阶段的果实的每个% (即10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、 80%、90%和/或100%)的各种组合都包含在本文中。例如,如果10%、20%、30%、40%、 50%、60%、70%、80%、90%和/或100%的果实达到红熟期阶段所花的天数与野生型对照 果实达到相同百分比的红色果实所花的天数相比,长至少2天。另一个如何在植物上和/ 或收获后测定延迟成熟的实例是100%的果实达到红熟期阶段所花的天数与野生型对照果 实达到相同百分比的红色果实所花的天数相比长至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 或15天。例如可以将野生型对照植物(在与突变植物相同的条件下生长并且处于相同的 发育阶段)的第一果实进入特定阶段(例如破色期阶段)的那天作为起点(第一天),从这 天起,定期(以特定时间间隔(例如1、2、3、4、5、或6天以后))对突变植物株系和对照植物 的处于破色期的果实的数目和处于红熟期的果实的数目进行计数(参见实施例)。
[0044] 在本申请中,词语"衰老"意指生物学衰老,即生物在其成熟后随着其衰老而发生 的生物学变化。
[0045] 用于本文时,"降低的乙烯产生"在本文中是指在果实成熟过程中(例如在粉红期 和/或浅红期和/或红熟期阶段),本发明的番茄果实产生的乙烯的量(与野生型Acs2/ Acs2果实相比)在统计学上显著降低,如实施例中所描述,并且这可以通过实时乙烯测量 来测量。在一个实施方案中,乙烯水平在从粉红期阶段至红熟期阶段的果实成熟的整个过 程中显著降低。
[0046] 应当理解,在不同植物株系之间进行的比较包括在与一种或多种对照植物株系的 植物(优选野生型植物)相同的条件下种植一种株系的多株植物(例如至少5株植物,优 选每种株系至少10株植物),并且测定在相同环境条件下生长时的所述植物株系之间的统 计学显著差异。
[0047] "破色期的延迟"指在相同条件下生长时,本发明突变体的第一果实和/或所有果 实与野生型对照相比需要显著更多的天数以进入破色期,例如与野生型对照相比至少多1 天,优选至少多 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11 或 12 天。
[0048] 所述番茄果实的"成熟阶段"可划分如下:(1)绿熟期:表面完全是绿色的;绿色的 深浅可从浅色到深色不等。(2)破色期:在不多于10%的表面上存在颜色从绿色到棕黄色、 粉色或红色的明确变化(break)。(3)转色期:10%到30%的表面不是绿色的;整体来看, 显示出从绿色到棕黄色、粉色、红色或其组合的明确变化。(4)粉红期:30%到60%的表面 不是绿色的;整体来看,显示出粉红或红色。(5)浅红期:60%到90%的表面不是绿色的; 整体来看,显示出粉红或红色。(6)红熟期:90%以上的表面不是绿色的;整体来看,显示出 红色。
[0049] 可通过使用全局或局部比对算法比对两个肽或两个核苷酸序列来确定"序列同一 性"或"序列相似性"。然后,当通过例如程序GAP或BESTFIT或Emboss程序"Needle"(使 用默认参数,参见下文)对序列进行最佳比对时,这些序列共有至少某一特定的最小的序 列同一性百分比(如下文进一步定义的)时,其可以被称作"基本相同"或"基本相似"。这 些程序使用Needleman和Wunsch全局比对算法来对两个序列的全长进行比对,该算法最大 化匹配数并最小化空位数。通常,使用默认参数,其中空位生成(gap creation)罚分=10, 空位延伸(gag extension)罚分=0.5(对于核苷酸和蛋白质比对)。对于核苷酸,使用的 默认得分矩阵是DNAFULL,而对于蛋白质,默认得分矩阵是Blosum62 (Henikoff&Henikoff, 1992, PNAS 89, 10915-10919)。例如可以使用计算机程序(例如 EMBOSS) (http://www. ebi. ac. uk/Tools/psa/emboss_needle/)来确定用于百分比序列同一"性的序列比对和得分。或 者,可以通过搜索数据库(例如FASTA、BLAST等)来确定序列相似性或同一性,但是应检索 命中并进行两两比对以比较序列同一性。如果百分比序列同一性为至少85%、90%、95%、 98%、99%或更高(例如至少 99. 1、99· 2、99· 3、99· 4、99· 5、99· 6、99· 7、99· 8、99· 9 或更高) (如使用默认参数(即,空位生成罚分=10,空位延伸罚分=〇. 5),对于核苷酸,使用得分矩 阵DNAFULL,对于蛋白质,使用得分矩阵Blosum62)通过Emboss "Needle"所确定的),则两 个蛋白质或两个蛋白质结构域、或两个核酸序列具有"基本序列同一性"。
[0050] 在本说明书及其权利要求中,动词"包含"及其词形变化以其非限制性的含义使 用,意指包括该词之后所列的项目(item),但是不排除未明确提到的项目。另外,由不定冠 词"一"或"一个"提及一种要素(element)时,不排除存在超过一个所述元素的可能性,除 非上下文明确要求有且仅有一个所述元素。因此,不定冠词"一"或"一个"通常指"至少一 个"。还应当理解的是,当本文中提到"序列"时,通常是指具有特定亚单位(例如氨基酸) 序列的实际物理分子。
[0051] 本文使用的术语"植物"包括完整的植物或其任何部分或衍生物,例如植物器官 (如收获的或未收获的果实、花、叶等)、植物细胞、植物原生质体、可用于再生完整植物的 植物细胞或组织培养物、可再生或不可再生的植物细胞、植物愈伤组织、植物细胞团和植物 中完整的植物细胞、或植物的部分,例如胚胎、花粉、胚珠、子房、果实(例如收获的组织或 器官,如收获的番茄或其部分)、花、叶、种子、块莖、无性繁殖的植物、根、茎、子叶、下胚轴、 根尖等。还包括任何发育阶段,例如未成熟和成熟的幼苗等。
[0052] "植物株系"或"育种系"指植物及其后代。本文使用的术语"自交株系"指已经被 反复自交的植物株系。
[0053] "植物品种"是在已知最低等级的相同植物分类中的一组植物,所述植物品种可以 基于源自某一特定基因型或基因型组合的特征的表达来定义(无论是否满足《植物育种者 权利》(plant breeder's rights)中的识别条件),可以通过那些特征中的至少一种的表达 而将所述植物品种与任何其他组的植物区分开,也可将所述植物品种看作一个实体,因为 其可被繁殖而无任何改变。因此,如果它们的特征都在于存在1个基因座或基因(或者由 该单个基因座或基因产生的一系列表型特征),但是它们又在其它基因座或基因上可以彼 此显著不同,那么即使它们是同一类的,也不可以使用术语"植物品种"来表述该组植物。
[0054] "F1、F2等"是指两个亲本植物或亲本株系之间杂交后的连续相关世代。由两个植 物或株系杂交产生的种子长出的植物称为Fl代。Fl代植物自交产生F2代,等等。"F1杂 种"植物(或Fl种子)是由两个近交的亲本株系杂交得到的世代。"Ml群体"是某植物株 系或栽培种的多个诱变种子/植株。"M2、M3、M4等"指第一诱变种子/植株(Ml)自交后得 到的连续世代。
[0055] 术语"等位基因"是指特定基因座上的基因的一种或多种替代形式中的任一种,所 有这些等位基因均与特定基因座处的一种性状(trait)或特征相关。在生物体的二倍体细 胞中,给定基因的等位基因位于染色体上的特定位置或基因座。一对同源染色体中的每条 染色体上存在一个等位基因。二倍体植物物种可以在特定基因座上包含大量不同的等位基 因。这些等位基因可以是所述基因的相同等位基因(纯合的)或两个不同的等位基因(杂 合的)。
[0056] 术语"基因座"是指染色体上的存在例如基因或遗传标记物的一个或多个具体位 置或位点。因此,ACS2基因座是在基因组中的存在ACS2基因的位置。
[0057] "野生型等位基因"(WT或Wt)在本文中是指编码完全功能性蛋白(野生型 蛋白)的基因形式。这类编码完全功能性Acs2蛋白的序列是例如基于Genbank登录 号NM001247249. 1番前1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶mRNA (完整cdshttp: //www. ncbi. nlm.nih.gov/nuccore/NM 001247249. 1 或 http : //www. ncbi. nlm. nih. gov/nuccore/ AY326958. 1)的 SEQ ID NO:9 中描述的野生型 Acs2cDNA(mRNA)序列或 SEQ ID NO: 17 中描 述的野生型Acs2基因组序列。SEQ ID N0:1中描述了由该野生型Acs2mRNA编码的蛋白质 序列。其由485个氨基酸组成。其他编码完全功能性Acs2蛋白的等位基因(即赋予与SEQ ID NO: 1的蛋白相同程度的成熟和乙烯产生的等位基因)可能存在于其他番茄植物中并可 能与SEQ ID N0:1具有基本序列同一性,即与SEQ ID N0:1具有至少约85%、90%、95%、 98%、99%、99· 2%、99· 3%、99· 4%、99· 5%、99· 6%、99· 7%的序列同一性。这类完全功能 性野生型Acs2蛋白在本文中被称作SEQ ID N0:1的"变体"。同样的,编码这类完全功能性 Acs2蛋白的核苷酸序列被称作SEQ ID N0:9和SEQ ID NO: 17的变体。
[0058] 下面的突变acs2等位基因是本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的 成熟和/或延长的贮藏期的acs2突变的实例。值得注意的是,本文提到的核苷酸序列(SEQ ID N0:9-16)是编码SEQ ID N0:l-8的蛋白的cDNA,即编码DNA序列。显然,当提到这些 cDNA核苷酸序列时,应当理解,cDNA是相应的番茄基因组acs2序列的编码区,而番茄基因 组acs2序列还额外地包括内含子,因此其核苷酸具有不同的编号。因此,应当理解,当提到 包含例如SEQ ID N0:9-16中的任一序列的acs2序列的番茄植物时,该番茄植物包含含有 编码DNA(cDNA)的基因组acs2序列,SEQ ID N0:8-14的mRNA是从该编码DNA(cDNA)转录 而来(并进而被翻译为蛋白质)。除了 mRNA中的胸腺嘧啶⑴是尿嘧啶⑶之外,mRNA的 核苷酸序列与cDNA相同。此外,当提到包含编码本发明的蛋白质(例如SEQ ID N〇:2、3、 4、5、6、7或8的突变蛋白)的核苷酸序列的番茄植物时,由于遗传密码的简并性,其包含不 同的核苷酸序列。在一个实施方案中,所述植物包含SEQ ID N0:17中描述的基因组Acs2 序列或与其基本相同的基因组Acs2序列(例如与SEQ ID N0:17具有至少约70%、75%、 80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%的序列 同一性),但在所述序列特别是所述基因组序列的外显子(外显子1的范围为第1至171位 核苷酸;外显子2的范围为第270至399位核苷酸,外显子3的范围为第485至644位核苷 酸,以及外显子4的范围为第1526至2523位核苷酸;将起始密码子的ATG中的A计数为核 苷酸位置1)中具有一个或多个突变,导致所编码的突变acs2蛋白的功能降低或功能丧失。
[0059] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的一 个示例性突变acs2等位基因(突变体783)包含导致所编码的蛋白质中第103位氨基酸处 从丙氨酸(Ala或A)到苏氨酸(Thr或T)的置换(A103T)的突变。SEQ ID NO: 2描述了突 变体783的蛋白序列。所述氨基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第307位核苷酸处的G到 A的突变,将起始密码子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 10描述了所述突变体 783的突变cDNA。
[0060] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体2145)包含导致所编码的蛋白质中第112位氨基 酸处从甘氨酸(Gly或G)到精氨酸(Arg或R)的置换(G112R)的突变。SEQ ID NO: 3描述 了突变体2145的蛋白序列。所述氨基酸的置换是由于SEQ ID N0:9中所示的第334位核 苷酸处的G到A的改变,将起始密码子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 11描述 了所述突变体2145的突变cDNA。
[0061] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体2714)包含导致所编码的蛋白质(SEQ ID N0:4) 中第118位氨基酸处从脯氨酸(Pro或P)变为亮氨酸(Leu或L) (P118L)的突变。SEQ ID N0:4描述了突变体2714的蛋白序列。所述氨基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第353位 核苷酸处的C到T的突变(C353T),将起始密码子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 12描述了所述突变cDNA 2714。
[0062] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体3793)包含导致所编码的蛋白质(SEQ ID N0:5) 中第101位氨基酸处从丙氨酸(Ala或A)变为缬氨酸(Val或V) (AlOlV)的突变。所述氨 基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第302位核苷酸处的C到T的突变(C302T),将起始密码 子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 13描述了所述突变cDNA。
[0063] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体4946)包含导致所编码的蛋白质(SEQ ID N0:6) 中第101位氨基酸处从丙氨酸(Ala或A)变为苏氨酸(Thr或T) (A101T)的突变。所述氨 基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第301位核苷酸处的G到A的改变(G301A),将起始密码 子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 14描述了所述突变cDNA。
[0064] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体7871)包含导致所编码的蛋白质(SEQ ID N0:7) 中第265位氨基酸处从半胱氨酸(Cys或C)变为酪氨酸(Tyr或Y)(C265Y)的突变。所述 氨基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第794位核苷酸处的G到A的突变(G794A),将起始密 码子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 15描述了所述突变cDNA。
[0065] 本发明所鉴定的赋予降低的乙烯产生和/或延迟的成熟和/或延长的贮藏期的另 一个示例性突变acs2等位基因(突变体8185)包含导致所编码的蛋白质(SEQ ID N0:8) 中第147位氨基酸处从缬氨酸(Val或V)变为谷氨酸(Glu或E) (V147E)的突变。所述氨 基酸的置换是由于SEQ ID N0:9的第440位核苷酸处的T到A的改变(T440A),将起始密码 子ATG的A计数为核苷酸位置1。SEQ ID NO: 16描述了所述突变cDNA。
[0066] 本文中的"突变等位基因"是指与野生型等位基因相比在编码序列(mRNA、cDNA或 基因组序列)中含有一个或多个突变的等位基因。这类突变(例如,一个或多个核苷酸的 插入、倒位、缺失和/或置换)可导致所编码的蛋白具有降低的体外和/或体内功能(功能 降低)或没有体外和/或体内功能(功能丧失),例如,由于所述蛋白例如被截短或者具有 其中一个或多个氨基酸被缺失、插入或置换的氨基酸序列。这类改变可导致蛋白质具有不 同的3D构象、被靶向到不同的亚细胞区室、具有经修饰的催化结构域、具有经修饰的对核 酸或蛋白质的结合活性等。
[0067] 本文中的"野生型植物"和"野生型果实"或"正常成熟"的植物/果实是指含有 编码完全功能性Acs2蛋白的野生型(WT或Wt)Acs2等位基因(Acs2/Acs2)的两个拷贝的 番茄植物(例如不同于含有突变acs2等位基因的"突变植物")。这些植物为例如在表型 测定中的合适的对照。优选地,野生型和/或突变植物是"栽培的番茄植物"。例如栽培种 Moneymaker、栽培种Ailsa Craig、栽培种Tapa以及许多其他栽培种都是野生型植物。 [0068] "番茄植物"或"栽培的番茄植物"是这样的番茄的植物:即人工栽培并具有优 良的农艺学特征的番茄种的品种、育种系或栽培种;优选地,这类植物不是"野生植物", 所述野生植物即一般具有比栽培植物差得多的产量和差得多的农艺特征以及例如在野生 群中天然生长的植物。"野生植物"包括例如物种的生态型、PI (植物引种)系、当地品种 (Iandrace)或野生登记物或野生近缘种。所谓的传统品种(heirloom variety)或栽培 种一一即,通常在人类历史的较早时期被种植并通常被改造为适于特定地理区域的自由授 粉品种或栽培种一一在本文中被作为栽培番茄植物被涵盖在本发明的一个方面中。
[0069] 番前的野生近缘种(wild relative)包括:S. arcanum、克梅留斯基
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