玉米非翻译区域用于植物中转基因表达的用图_2

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:1)。图 IB显示了本发明的另一个示例性控制序列,ZMEXP9396. 1(SEQ ID N0:2)。图IC显示了本 发明的另一个示例性控制序列,ZMEXP9707. 1(SEQ ID N0:3)。
[0025] 图 2A 显示了 pDAB112330 和pDAB112323 的代表性质粒图。图 2B 显示了 pDAB112332 的代表性质粒图。
[0026] 图 3 显示了来自包括 St PinII 3'UTR(pDAB112332)和玉米 Ubil 3' UTR(pDAB112330)的不同核酸构建体、以及阴性对照的示例性表达结果。
[0027] 图 4 显示 pDAB112357(ZMEXP9396. 1)和 pDAB112354(ZMEXP9707. 1)的代表性质粒 图。
[0028] 图 5 显示了来自包括 pDAB112357(ZMEXP9396. l),pDAB112354(ZMEXP9707. 1)和 pDAB112332(St PinII 3'UTR)的不同的核酸构建体的示例性表达结果,其中全部三个构建 体均提供了可比较的良好表达水平。Cry34表达水平以ng/ml为单位显示。
[0029] 图6显示pDAB108744和pDAB108746的代表性质粒图。图7显示pDAB112396和 pDABl 12397的代表性质粒图。
[0030] 图8显示使用构建体pDAB108744和pDAB108746的与Zm Ubil 3' UTR相关的代 表性Tl表达数据(V4叶)。图9显示使用构建体PDAB108744和PDAB108746的与Zm Ubil 3' UTR相关的代表性Tl表达数据(V4叶)。
[0031] 图10显示使用构建体pDABl 12396和pDABl 12397的与Ubi 1之外其他的玉米3'UTR 相关的TO表达数据(V4叶)。
[0032] 发明详细说明
[0033] 提供了用于利用自玉米泛素基因分离或衍生的5'和/或3'UTR区遗传修饰细胞、 组织或生物体的组合物和方法。本发明的5'和/或3' UTR区,当通过工程改造使它们位 于感兴趣的结构基因的侧翼时,可改善该感兴趣的结构基因在转基因植物中的转录终止、 mRNA稳定性、和/或增加该感兴趣的结构基因在转基因植物中的翻译效率。因此,本发明将 会有助于对植物进行基因工程改造以表达有经济或研宄价值的表型。
[0034] 通过基因工程改造使得利用自玉米泛素基因分离或衍生的5'和/或3' UTR区/ 控制序列位于感兴趣的结构基因的侧翼,感兴趣的结构基因编码在植物、植物细胞或植物 组织中重组表达的蛋白质。所描述的玉米Ubil 3'UTR特别令人感兴趣的一点是其可用于 使转基因构建体包含单个或多个基因。
[0035] 转基因产品的开发要求转基因的长期稳定表达。为了转基因得到适宜的表达,需 要合适组合和配置的调节元件,如启动子和终止子。每个转基因的转录需要专用的启动子。 此外,3'非翻译区(3'UTR)或终止子是转录终止和聚腺苷酸化所需要的。mRNA的适宜转 录终止和聚腺苷酸化对于转基因的稳定表达是重要的。转录终止对于多基因叠加而言变得 更加重要,用来避免转录通读到下一个转基因。类似地,非腺苷酸化异常RNA (aRNA)是植物 RNA依赖性RNA聚合酶(RdRPs)的底物,后者将aRNA转变为双链RNA (dsRNA),导致生成小 RNA和转基因沉默。因此,强的转录终止子对于单基因和多基因叠加都是非常有用的。提供 了玉米Ubil (泛素1)3' UTR及其用于制造转基因构建体的用途。
[0036] 植物启动子和3' UTR是构建有功能的转基因表达或植物转录单元所需要的两种 基本表达元件。需要启动子来驱动转录,而3' UTR是转录终止和转录物的聚腺苷酸化所需 要的。mRNA 3'UTR是在基因表达中的RNA转录物终止和聚腺苷酸化是需要的。3'UTR还 在mRNA加工、定位、稳定性和翻译中起关键作用。
[0037] 提供了玉米Ubil 5'和3'UTR作为用于植物中的转基因表达的控制序列的鉴定和 表征。本文中提供的Ubil 3'UTR可以与其他植物或病毒启动子一起用于构建载体,不限于 玉米Ubil启动子。
[0038] 如本文所使用的,短语"载体"是指一段DNA,通常是双链的,其中可插入一段外来 DNA。载体可以是例如质粒或病毒来源的,其通常编码可选择的或可筛选的标记或转基因。 载体用于将外来或异源DNA转运到合适的宿主细胞中。一旦在宿主细胞内,载体便可以独 立复制或者与宿主染色体DNA同时复制。或者,载体能够导向外来或异源DNA插入到宿主 染色体中。
[0039] 如本文所使用的,短语"转基因载体"是指含有DNA插入区段,即在宿主细胞内被 转录成mRNA或作为RNA复制的"转基因",的载体。短语"转基因"不仅指所插入DNA的被 转换成RNA的部分,还指载体中为RNA转录和复制所必需的部分。转基因通常包括感兴趣 的基因,但不必一定包含含有能够产生蛋白质的开放阅读框的多核苷酸序列。
[0040] 如本文所使用的,短语"转化的"或"转化"是指将DNA引入到细胞内。短语"转化 体"或"转基因的"是指被转化的或经历了转化程序的植物细胞、植物等。所引入的DNA的 形式通常是含有所插入DNA片段的载体。
[0041] 如本文所使用的,短语"可选择标记"或"可选择标记基因"是指这样的基因,其在 植物转化中任选地使用,用来例如保护植物细胞免于选择试剂的伤害或提供对选择剂的抗 性/耐受性。只有接受了功能性可选择标记的细胞或植物才能够在具有选择试剂的条件 下分裂或生长。选择剂的实例可包括,例如,抗生素,包括大观霉素、新霉素、卡那霉素、巴 龙霉素、庆大霉素,和潮霉素。这些可选择标记包括新霉素磷酸转移酶基因 (npt II),其表 达一种赋予对抗生素卡那霉素抗性的酶,和相关抗生素新霉素、巴龙霉素、庆大霉素和G418 的基因,或潮霉素磷酸转移酶基因(hpt),其表达一种赋予对潮霉素抗性的酶。其他的可选 择标记基因可包括编码除草剂抗性的基因,包括Bar (抗BASTA⑩(草铵膦)或膦丝菌 素(PPT)),乙酰乳酸合成酶(ALS,抗抑制剂如磺酰脲(SUs)、咪唑啉酮(IMIs)、三唑并嘧啶 (triazolopyrimidines (TPs))、喃啶氧代苯甲酸(pyrimidinyl oxybenzoates (POBs))、和 磺酰氨基羰基三唑啉酮,其阻止支链氨基酸合成的第一步),草甘膦,2, 4-D,和金属抗性或 敏感性。短语"标记阳性"是指已经过转化从而包含可选择标记基因的植物。
[0042] 在所选表达载体中可以组入各种可选择或可检测标记,以允许鉴定和选择被转化 的植物或转化体。许多方法可供用于验证选择标记在被转化植物内的表达,包括例如DNA 测序和PCR(聚合酶链式反应)、Southern印迹、RNA印迹、用于检测从载体表达的蛋白的免 疫学方法,例如介导草铵膦抗性的沉淀的蛋白或者其他蛋白,例如报告基因 β-葡糖醛酸 糖苷酶(⑶S)、荧光素酶、绿色荧光蛋白(GFP)、DsRecU β-半乳糖苷酶、氯霉素乙酰转移酶 (CAT)、喊性磷酸酶等(见 Sambrook 等 Molecular Cloning:A Laboratory Manual, Third Edition, Cold Spring Harbor Press, N.Y·,2001,本文引用其全部内容作为参考)。
[0043] 使用可选择标记选择被转化的细胞或组织。可选择标记基因包括编码抗生素抗性 的基因,例如编码新霉素磷酸转移酶II(NEO)和潮霉素磷酸转移酶(HPT)的基因,以及赋 予对除草剂化合物抗性的基因。除草剂抗性基因一般编码对除草剂不敏感的被修饰的靶 蛋白,或者编码可以在除草剂在植物体内发挥作用之前将其降解或脱毒的酶。见DeBlock et al. (1987)EMBO J. , 6:2513-2518 ;DeBlock et al. (1989)Plant Physiol. , 91:691-704 ; Fromm et al. (1990)8:833-839 ;Gordon-Kamm et al. (1990)2:603-618)。例如,已经使用 编码突变体靶酶,5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)和乙酰乳酸合酶(ALS),获 得了对草甘膦或磺酰脲除草剂的抗性。对草铵膦、溴苯腈和2, 4-二氯苯氧乙酸(2, 4-D) 的抗性可以通过使用编码膦丝菌素乙酰转移酶、腈水解酶或2, 4-二氯苯氧乙酸单氧化酶 (它们分别对这些除草剂脱毒)的细菌基因来获得。2, 4-D抗性的酶/基因先前已经在US 2009/0093366和WO 2007/053482中被公开,本文引用其全部内容作为参考。
[0044] 其他除草剂能够抑制生长点或分生组织,包括咪唑啉酮或磺酰脲。这个类别中的 示例基因编码突变的ALS和AHAS酶,如分别由例如Lee等,EMBO J. 7:1241 (1988)和Miki 等,Theon. Appl. Genet. 80:449 (1990)所描述的。
[0045] 草甘膦抗性基因包括:突变体5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)基因 (通过导入重组核酸和/或天然EPSP基因的各种体内诱变的形式)、aroA基因和草甘膦 乙酰转移酶(GAT)基因。对其他膦酰基化合物的抗性基因包括草胺膦(来自链霉菌属物 种(Streptomyces species),包括吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)和绿色产 色链霉菌(Streptomyces viridichromogenes)的草胺膦乙酰基转移酶(PAT)基因)、和 吡啶氧或苯氧基丙酸和环己酮(ACC酶抑制剂编码基因),见例如授予Shah等的美国专利 4, 940, 835和授予Barry等的美国专利6, 248, 876,它们公开了可以对植物赋予草甘膦抗性 的EPSP形式的核苷酸序列。编码突变体aroA基因的DNA分子可以以ATCC保藏号39256 获得,并且该突变体基因的核苷酸序列在授予Comai的美国专利No. 4, 769, 061中公开。授 予Kumada等的欧洲专利申请No. 0 333 033和授予Goodman等的美国专利No. 4, 975, 374 公开了对除草剂诸如L-膦丝菌素赋予抗性的谷氨酰胺合成酶基因的核苷酸序列。PAT基因 的核苷酸序列可以参见授予Leemans等的欧洲申请No. 0 242 246。另外,DeGreef等,Bio/ Technology 7:61(1989)描述了生成表达编码PAT活性的嵌合bar基因的转基因植物。赋予 对苯氧基丙酸和环己酮,包括稀禾定(sethoxydim)和吡氟氯禾灵(haloxyfop)的抗性的基 因的例子包括Marshall et al, Theon. Appl. Genet. 83:435 (1992)描述的 Accl_Sl、Accl_S2 和Accl-S3基因。能够赋予草甘膦抗性的GAT基因记载于授予Castle等的WO 2005012515。 赋予对2, 4-D、苯氧基丙酸和吡啶基氧基生长素除草剂的抗性的基因在WO 2005107437和 美国专利申请系列No. 11/587, 893中有描述。
[0046] 其他除草剂能够抑制光合作用,包括三嗪(psbA和Is+基因)或苯基氰(腈水 解酶基因)。Przibila等,Plant Cell 3:169(1991)描述了用编码突变体psbA基因的质 粒转化衣滴虫(Chlamydomonas)。腈水解酶基因的核苷酸序列在授予Stalker的美国专 利No. 4, 810, 648中被公开,含有这些基因的DNA分子可以以ATCC保藏号53435、67441、和 67442获得。Hayes等,Biochem. J. 285:173 (1992)描述了编码谷胱甘肽S-转移酶的DNA的 克隆和表达。
[0047] 为本发明的目的,可选择标记基因包括,但不仅限于,编码如下的基因:新霉素磷 酸转移酶 II (Fraley et al. (1986) CRC Critical Reviews in Plant Science, 4:1-25); 氛胺水合酶(cyanamide hydratase) (Maier-Greiner et al. (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88:4250-4264);天冬氨酸激酶;二氢吡啶二羧酸合酶(Perl et al. (1993) Bio/Technology, 11:715-718);
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