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    RNA介導的植物中基因表達的誘導制造技術

    技術編號:7351877 閱讀:277 留言:0更新日期:2012-05-18 22:06
    本發明專利技術屬于植物遺傳學領域,并提供了在植物或其部分中提高靶基因的基因表達的方法。另外,本發明專利技術涉及修飾植物特異性啟動子的特異性和改造非編碼小活化RNA(sncaRNA)以在植物或其部分中提高靶基因表達的方法。本發明專利技術也提供在植物中鑒定能夠在植物或其部分中提高基因表達的sncaRNA及其初級轉錄物的方法。

    【技術實現步驟摘要】
    【國外來華專利技術】專利技術描述在植物和其他真核生物中有許多因素影響基因表達。最近,發現18-26個核苷酸的小RNA是真核基因表達的重要抑制物。已知的小調控RNA分為2個基本的種類:短干擾RNA(siRNA)和微小RNA(microRNA)。微小RNA作為進化上保守的、基于RNA的基因表達調控物出現在動物和植物中。微小RNA(約18-25nt)由從非蛋白質編碼基因轉錄而來的具有莖環結構的較大前體,微小RNA前體產生。在植物或其部分中miRNA前體經加工釋放出這些18至25個核苷酸的具有確定的和可預測的序列的微小RNA。微小RNA途徑在植物和動物界截然不同。如在Kutter和Svoboda(2008)中指出的,在微小RNA前體的加工以及生物活性中有差異。在植物中,微小RNA特別地由DCL1,HYL1和SE在細胞核中產生,并釋放和輸出甲基化的微小RNA:微小RNA雙鏈體分子至細胞質,在細胞質中當微小RNA與AGO和靶轉錄物相互作用后,所述轉錄物發生序列特異性降解。在動物中,不同的蛋白質組涉及miRNA前體的加工,這發生在細胞核和細胞質中并釋放非甲基化的微小RNA:微小RNA雙鏈體。在動物細胞的細胞質中,當微小RNA與AGO蛋白和靶轉錄物相互作用后,靶基因轉錄物的翻譯被抑制。一些微小RNA與ta-siRNA的加工有關,后者包含相區,相區包含與靶基因同源的約21bp的短片段。在植物細胞中當ta-siRNA被加工后以序列可預測的小雙鏈RNA片段的形式釋放這些約21bp的RNA片段,從而在植物細胞中誘導序列特異性RNA降解(Allen等人,2005)。目前已知的植物微小RNA抑制大量在發育過程中發揮功能的基因的表達,表明基于微小RNA的調控是在控制生長和發育的途徑中不可或缺的。抑制基因表達的植物微小RNA通常包含與靶位點近乎完全的互補性,靶位點最常出現在mRNA的蛋白質編碼區(Llave?C等人(2002)Science?297,2053?2056;Rhoades?MW等人(2002)Cell?110,513?520)。因此,在植物中大多數抑制基因表達的植物微小RNA的功能是引導靶RNA的切割(Jones-Rhoades?MW和Bartel?DP(2004)Mol.Cell?14,787?799;Kasschau?KD等人(2003)Dev.Cell?4,205?217)。與之相對,大多數動物微小RNA的功能是在翻譯或共翻譯水平上抑制表達(Ambros?V(2003)Cell?113,673?676;Aukerman?MJ和Sakai?H(2003)Plant?Cell?15,27302741;Olsen?PH和Ambros?V(1999)Dev.Biol.216,671?680;Seggerson?K等人(2002)Dev.Biol.243,215?225)。盡管許多動物靶mRNA編碼發育控制因子,微小RNA或靶在植物和動物之間不保守(Ambros?V(2003)Cell?113,673?676)。除了抑制基因表達的微小RNA以外,植物也產生第二類表達調控RNA,它們是不同的內源siRNA組。siRNA與微小RNA的區別在于siRNA由雙鏈RNA產生,其中需要RNA依賴性RNA聚合酶(RDR)的活性。直到最近一直認為微小RNA和siRNA在植物和動物中充當轉錄后負調控物的功能(Bartel?D(2004)Cell?116,281?297;He?L和Hannon?GJ(2004)Nat.Rev.Genet.5,522?531)。最近已在人細胞中證明,靶向基因啟動子區的小siRNA和微小RNA能夠誘導或提高相應基因的表達(Li?L-C等人(2006)PNAS?103(46),17337-17342;Janowski?B?A等人(2007)nature?chemical?biology?3,166-173;Place?RF等人(2008)PNAS?105(5),1608-1613)。僅有少量公開的專利提及小RNA在提高基因表達中的用途。US2005/0226848公開了dsRNA分子在哺乳動物體外細胞系統中調節基因表達的用途,其中調節包括提高基因表達;WO?07/086990描述了在哺乳動物細胞中提高靶基因的表達,通過使細胞接觸與所述靶基因啟動子區互補的12-28bp寡聚物進行;WO?06/113246描述了小活化RNA分子及其在哺乳動物細胞中的用途。所有提到的申請提及小活化RNA分子在動物細胞中的用途。在植物中沒有提及這樣的應用。小RNA介導的基因表達活化(提高和/或誘導)(RNAa)機制尚不清楚。Place等人(2008)顯示,對哺乳動物而言,小RNA序列與靶向的DNA序列的至少部分互補性是發揮功能所必需的,且RNAa導致染色質中的變化。他們推測,小RNA和相應的互補DNA序列的結合是RNAa所必需的,且就此點而言,小RNA的功能類似靶向基因啟動子中的互補基序的轉錄因子。作者討論的另一個模型是,細胞可能產生抑制基因表達的靶啟動子區的RNA拷貝。通過互補微小RNA與啟動子轉錄物的相互作用誘導或提高基因表達。Shibuya等人(2009)已證明植物基因pMADS3的表達提高,這是通過使用針對所述基因的內含子的100-1000bp?dsRNAi構建體進行打靶實現的。DsRNAi分子誘發了一種機制,其導致從前體產生21-24個siRNA核苷酸分子,其涉及一組與例如微小RNA的加工中涉及的蛋白質截然不同的蛋白質。來源于較大的dsRNA分子的siRNA分子是隨機產生的且因此從1個dsRNA分子產生一批在其核苷酸序列中有差異的siRNA。Shibuya及同事顯示,在dsRNA分子靶向的內含子中存在pCG元件的甲基化并推測來源于dsRNA分子的siRNA分子觸發了同源DNA序列中的甲基化,其導致pMADS3基因表達的誘導。作者聲稱,他們觀察到的機制與在人細胞中觀察到的RNAa機制不同,因為在后者中發現組蛋白修飾而不是DNA甲基化。他們推斷,在植物中dsRNAi分子調控基因表達的機制和在人細胞中觀察到的RNAa機制不同。相對于在植物中觀察到的使用dsRNA分子靶向調控性內含子提高基因表達,Aufsatz等人(2002)證明,當在植物中通過dsRNA分子靶向啟動子序列時的基因沉默。他們顯示,在此機制中涉及DNA甲基化且在啟動子區中與dsRNA序列同一的所有C殘基都被甲基化。小RNA調控基因表達的機制在微小RNA和siRNA中截然不同。它們涉及不同的蛋白本文檔來自技高網...

    【技術保護點】

    【技術特征摘要】
    【國外來華專利技術】2009.04.21 US 61/171,1011.與相應的野生型或其部分相比,在植物或其部分中提高靶基因表達
    的方法,其包括將在相應的野生型或其部分中不存在的重組核酸分子引入
    所述植物或其部分,其中所述重組核酸分子的至少一部分與在所述植物或
    其部分中調控靶基因表達的調控元件的至少一部分互補。
    2.根據權利要求1的方法,其中所述重組核酸分子是miRNA前體、微
    小RNA(microRNA)、ta-siRNA前體、ta-siRNA或短發夾RNA。
    3.根據權利要求1或2的方法,其中當重組核酸在植物細胞中被加工
    后產生甲基化的RNA分子。
    4.如在權利要求1-3中任一項中所述的方法,其中與調控靶基因表達
    的區域的至少一部分互補的所述重組核酸分子與所述啟動子相距轉錄起始
    位點100bp或更少的部分互補,優選地其與所述啟動子的轉錄起始位點互
    補。
    5.如在權利要求1至3中任一項中所述的方法,其中與調控靶基因表
    達的調控元件的至少一部分互補的所述重組核酸分子與所述調控元件的下
    述部分互補,所述部分包含所述調控元件的調控盒的至少一部分或與這樣
    的調控元件相距不超過100bp。
    6.權利要求1-5的方法,其包括以下步驟
    a)產生一種或多種與靶基因的調控元件互補的miRNA前體、微小RNA、
    ta-siRNA前體、ta-siRNA或短發夾RNA,
    b)在體內或體外檢測所述一種或多種miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA
    前體、ta-siRNA或短發夾RNA提高其靶基因表達的性能,
    c)鑒定miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體、ta-siRNA或短發夾
    RNA是否提高靶基因表達,和
    d)將所述一種或多種miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體、ta-siRNA
    或短發夾RNA引入植物。
    7.根據權利要求6的方法,其中通過將提高靶基因表達的miRNA前體、
    微小RNA、ta-siRNA前體、ta-siRNA或短發夾RNA克隆進包含植物特異性
    調控元件的植物轉化載體,使用所述載體轉化植物或其部分,和回收包含
    所述載體或所述載體的部分的轉基因植物將提高靶基因表達的所述miRNA
    前體、微小RNA、ta-siRNA前體、ta-siRNA或短發夾RNA引入所述植物。
    8.在植物或其部分中提高靶基因表達的方法,其包括將包含經修飾的
    miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA引入所述植物或其部分,
    其中所述序列相對野生型miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA
    序列經修飾,這是通過用與調控靶基因表達的調控元件互補的且對于所述
    天然miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA而言是異源的序列
    至少替換與其相應的同源靶序列互補的所述天然miRNA前體、微小RNA、
    ta-siRNA前體或ta-siRNA的一個區域。
    9.在植物或其部分中鑒定活化微小RNA或ta-siRNA的方法,其包括
    以下步驟
    a)在所述植物或其部分中鑒定微小RNA或ta-siRNA,所述微小RNA
    與相應植物中的調控元件同源或所述ta-siRNA包含與相應植物中的調控
    元件同源的相區,
    b)從所述植物或其部分克隆所述微小RNA或ta-siRNA,
    c)在植物中過表達所述微小RNA或ta-siRNA,和
    d)在所述轉基因植物和相應的野生型植物中比較基因表達。
    10.替換植物特異性調控元件的調控特異性的方法,通過在所述植物
    特異性調控元件中修飾miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA
    靶向區,所述miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA賦予由所
    述調控元件控制的基因表達的活化。
    11.替換植物特異性調控元件的調控特異性的方法,通過在所述植物
    特異性調控元件中引入與miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA
    同源的區域,所述miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或ta-siRNA賦予
    由所述調控元件控制的基因表達的提高。
    12.如權利要求11中定義的替換植物特異性調控元件的調控特異性的
    方法,其中所述區域替換了與內源miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體
    或ta-siRNA同源的區域。
    13.如權利要求12中定義的替換植物特異性調控元件的調控特異性的
    方法,其中所述區域與內源miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體或
    ta-siRNA同源。
    14.如權利要求12中定義的替換植物特異性調控元件的調控特異性的
    方法,其中所述區域與重組miRNA前體、微小RNA、ta-siRNA前體、ta-siRNA
    或短發夾RNA同源。
    15.如權利要求10-14中定義的替換植物特異性調控元件的調控特異
    性的方法,其中在體內修飾所述植物特異性調控元件。
    16.如權...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:V·J·卡多薩P·任L·W·塔爾頓
    申請(專利權)人:巴斯夫植物科學有限公司
    類型:發明
    國別省市:

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