1.一种改善植物的农学性状的方法,所述方法包括:提供向导RNA,所述向导RNA靶向改善植物的一个或多个农学特性中所涉及的多核苷酸,所述向导RNA与在所述多核苷酸中产生双链断裂的Cas内切核酸酶相关联;以及生成所述植物,其中所述植物表现出农学性状的改善。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括与对应的内源性未修饰的基因组DNA相比包括一个或多个核苷酸变化的供体多核苷酸。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述供体多核苷酸不编码全长蛋白质。
4.根据权利要求2所述的方法,其中所述供体多核苷酸包含异源调控元件。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述调控元件包含启动子。
6.根据权利要求4所述的方法,其中所述调控元件包含增强子元件。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述增强子元件来源于植物。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述多核苷酸选自调控元件、5’-UTR、内含子、外显子、编码序列和启动子。
9.根据权利要求4所述的方法,其中所述异源调控元件来自于与改善所述植物的一个或多个农学特性中所涉及的多核苷酸相同的植物物种。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述向导RNA靶向选自涉及ZmArgos8、ZmACS6、ZmSRTF18、ZmXERICO1、海藻糖-6-磷酸酯磷酸酶(T6PP)和ZmSTPP3的表达的多核苷酸序列的多核苷酸。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述农学特性选自非生物胁迫耐受性。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述非生物胁迫耐受性为干旱或缺乏营养物质。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述农学特性为收率的增大或耐旱性的增加。
14.根据权利要求1所述的方法,其中Cas9内切核酸酶在所述多核苷酸的编码区域中产生双链断裂。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述植物选自玉米、大豆、稻、小麦、高粱、芸苔属、向日葵和亚麻荠。
16.一种改善玉米植物的谷物收率的方法,所述方法包括:提供向导RNA,所述向导RNA靶向涉及乙烯生物合成或乙烯信号化的多核苷酸,所述向导RNA与在所述多核苷酸中产生双链断裂的Cas内切核酸酶相关联地起作用;以及生成所述植物,其中所述玉米植物表现出改善的谷物收率。
17.根据权利要求16所述的方法,所述方法还包括与涉及乙烯生物合成或乙烯信号化的所述多核苷酸的对应的内源性未修饰的基因组DNA相比,包括一个或多个核苷酸变化的供体多核苷酸。
18.根据权利要求16所述的方法,其中所述多核苷酸为玉米ACC合酶。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述多核苷酸为玉米ARGOS。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述玉米ACC合酶的表达相比于对照玉米植物降低。
21.根据权利要求19所述的方法,其中所述玉米ARGOS的表达相比于对照玉米植物增加。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述玉米ARGOS的表达通过插入异源调控元件来增加。
23.根据权利要求22所述的方法,其中所述异源调控元件为中等组成型启动子。
24.根据权利要求22所述的方法,其中所述异源调控元件来源于玉米。
25.一种改善玉米植物的谷物收率或氮利用效率的方法,所述方法包括:提供向导RNA,所述向导RNA靶向调控编码丝氨酸苏氨酸蛋白磷酸酶的多核苷酸的表达的基因组区域,所述向导RNA与在所述基因组区域中产生双链断裂的Cas内切核酸酶相关联地起作用;以及生成所述玉米植物,其中所述玉米植物表现出改善的谷物收率或氮利用效率。
26.根据权利要求25所述的方法,其中所述丝氨酸苏氨酸蛋白磷酸酶为ZmSTPP3。
27.根据权利要求26所述的方法,其中所述ZmSTPP3的表达相比于对照玉米植物增加。
28.根据权利要求26所述的方法,其中所述ZmSTPP3的表达通过插入异源调控元件来增加。
29.根据权利要求28所述的方法,其中所述异源调控元件为中等组成型启动子。
30.根据权利要求28所述的方法,其中所述异源调控元件来源于玉米。
31.一种改善玉米植物的谷物收率或氮利用效率的方法,所述方法包括:提供靶向所述玉米植物的基因组区域的向导RNA以引入多核苷酸的一个或多个变化,从而生成雄性能育性减少的显性表型,所述向导RNA与在所述基因组区域中产生双链断裂的Cas内切核酸酶相关联地起作用;以及生成所述玉米植物,其中当通过包括大量能育花粉的玉米植物受精时,所述玉米植物表现出减少的雄性能育性和由此改善的谷物收率或氮利用效率。
32.根据权利要求31所述的方法,其中所述减少的雄性能育性由编码MS44多肽的多核苷酸的突变引起。
33.根据权利要求31所述的方法,其中所述玉米植物是良种近交或杂交玉米植物。
34.根据权利要求32所述的方法,其中所述MS44多肽在对应于信号肽裂解位点的位置处具有突变。
35.根据权利要求34所述的方法,其中所述信号肽裂解位点位于未加工的MS44多肽的约38位氨基酸或39位氨基酸。
36.一种改善作物植物的谷物收率或氮利用效率的方法,所述方法包括:提供靶向所述植物的基因组区域的向导RNA以引入编码与SEQ ID NO:554具有至少70%同一性的多肽的多核苷酸的一个或多个变化,从而生成雄性能育性减少的显性表型,所述向导RNA与在所述基因组区域中产生双链断裂的Cas内切核酸酶相关联地起作用;以及生成所述植物,其中当通过包括大量能育花粉的能育植物受精时,所述植物表现出减少的雄性能育性和由此改善的谷物收率或氮利用效率。
37.根据权利要求36所述的方法,其中所述植物选自稻、小麦和高粱。
38.根据权利要求36所述的方法,其中所述植物是能够转化的良种品种。
39.根据权利要求32所述的方法,其中所述MS44多肽在对应于信号肽裂解位点的位置处具有突变。
40.根据权利要求16所述的方法,其中所述植物在氮减少的环境中生长。
41.根据权利要求36所述的方法,其中所述多肽与SEQ ID NO:554具有约90%的同一性。
42.根据权利要求16或25中任一项所述的方法,其中所述细胞基因组中的所述多核苷酸序列选自启动子序列、终止子序列、调控元件序列、剪接位点、编码序列、多聚泛素化位点、内含子位点和内含子增强基序。
43.一种用于在细胞基因组中编辑涉及非生物胁迫耐受性基因表达的调控序列的方法,所述方法包括将向导多核苷酸、多核苷酸修饰模板以及至少一种Cas内切核酸酶引入细胞中,其中所述向导RNA和Cas内切核酸酶能够形成允许所述Cas内切核酸酶在所述细胞基因组中的靶位点处引入双链断裂的复合物,其中所述多核苷酸修饰模板包括所述核苷酸序列的至少一个核苷酸修饰。
44.一种用于替换对细胞的农学性状所涉及的基因的表达进行调节的第一调控序列的方法,所述方法包括将向导RNA、多核苷酸修饰模板以及Cas内切核酸酶引入所述细胞中,其中所述向导RNA和Cas内切核酸酶能够形成允许所述Cas内切核酸酶在所述细胞的基因组中的靶位点处引入双链断裂的复合物,其中所述多核苷酸修饰模板包含第二启动子或不同于所述第一启动子序列的第二启动子片段。
45.根据权利要求44所述的方法,其中所述第一调控序列的替换导致以下中的任一项,或以下项的任意组合:启动子活性增大,启动子组织特异性增大,启动子活性减小,启动子组织特异性减小,新启动子活性,诱导型启动子活性,基因表达的窗口扩展,或相同细胞层或其它细胞层中基因表达的时间选择或发育进展的改变。
46.根据权利要求45所述的方法,其中所述第一调控序列选自玉米ARGOS 8启动子、玉米NPK1启动子,其中所述第二启动子序列选自玉米GOS2 PRO:GOS2-内含子启动子、大豆遍在蛋白启动子、胁迫诱导型玉米RAB17启动子、玉米-PEPCI启动子、玉米遍在蛋白启动子、玉米-Rootmet2启动子、稻肌动蛋白启动子、高粱RCC3启动子、玉米-GOS2启动子、玉米-ACO2启动子、和玉米油质蛋白启动子。
47.一种用于使植物细胞的基因组中的调控序列缺失的方法,所述方法包括将向导多核苷酸、Cas内切核酸酶引入细胞中,其中所述向导RNA和Cas内切核酸酶能够形成允许所述Cas内切核酸酶在位于所述调控序列之内或之外的至少一个靶位点处引入双链断裂的复合物。
48.一种用于将启动子或启动子元件插入植物细胞的基因组中的方法,所述方法包括将向导多核苷酸、包含启动子或启动子元件的多核苷酸修饰模板、以及Cas内切核酸酶引入细胞中,其中所述向导RNA和Cas内切核酸酶能够形成允许所述Cas内切核酸酶在所述细胞的基因组中的靶位点处引入双链断裂的复合物。
49.根据权利要求48所述的方法,其中所述调控序列为启动子序列。
50.根据权利要求1所述的方法,其中所述农学特性为干旱、寒冷、或氮利用效率和收率。
51.一种在保持初始内源性表达模式的同时为植物细胞的内源性多核苷酸提供附加表达谱的方法,所述方法包括在所述内源性多核苷酸的上游区域提供异源调控元件,由此使得通过提供功能性终止子序列来保持初始基因的天然表达模式。