[发明专利]品系设计

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于遗传修饰杂交植物的基因组的方法。它还涉及染色体取代系(substitution line)和/或渐渗系(introgression line)的文库，以及由此获得的染色体和渐渗系的文库用于加速的植物育种的用途。

发明背景

植物育种的目的在于将尽可能多的有利的和有吸引力的性状组合在同一植物基因组中，其目标是获得优良植物品系或品种。由此，植物育种者可以利用在相关作物物种内或在相同种或属的野生(未人工培育的和未驯化的)亲缘内的遗传变异。

他还可以通过化学、物理或其它方式进行诱变而诱导感兴趣的植物物种的基因组中的遗传变异，并寻找由该诱导的遗传变异所产生的表型变异。

如果他愿意并能够应用转基因方法，他还可以选择将一个或多个转基因导入作物植物的基因组。这些转基因可以对应于在同一植物物种中或者在能够一起杂交以产生可育后代的植物物种中天然存在的基因、基因簇或基因间序列。这被称为同源基因化(cisgenesis)。或者，它们可以对应于合成基因或来自不能与感兴趣的植物物种天然杂交的有机体(organism)DNA片段，例如来自另一个家系的植物，或是来自不同分类(taxa)的有机体，例如动物、真菌、病毒或细菌。这被称为转基因(transgenesis)。这些DNA序列或者以未发生改变的方式被导入感兴趣的植物物种的基因组，或者它们被以某种方式改变，例如通过诱变或者不诱变的重组技术。

转基因技术允许研究者将多个DNA构建体组合入同一植物的基因组，并因而堆叠(stack)或形成金字塔式的(pyramid)不同的性状。该方法通过编码这些性状的转基因的组合堆叠/金字塔结构最终可以导致携带多个所选择性状的植物的建立。但是，这样的转基因方法具有若干缺点。

给定转基因的效果和/或功能性往往强烈地依赖于它被插入在植物基因组中的确切位置。任何经遗传修饰的物质要获得批准用于商业用途和动物和/或人类消费，需要经历非常广泛的监管程序，其是极为昂贵的和耗时的。通常只会对给定基因组中特定转基因插入事件进行授权。多个转基因的堆叠只会使得这个过程更加昂贵、繁琐和复杂。此外，在全球食品市场的重要区域中，转基因食品不被允许用于人类消费。

不希望生产或销售转基因植物的植物育种者通常会依赖于传统育种技术以便将多个感兴趣的性状组合在一个植物物种中。育种过程包括通过杂交的方式将两个植物的基因组混合的第一步，其中每个植物包括有趣的遗传性状。随后，需要跟踪感兴趣的性状在这两个植物的杂交后代中的存在，其通常基于表型分析和/或基因组测试(例如DNA标记分析、单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)检测、DNA测序等)来完成。

因为原始植物的整个基因组已经被混合在F1产物中并在减数分裂过程中被重组，原始亲本植物的各种性状会被打乱，并且它们在杂交的F2后代中分离。然后，育种者希望在单个植物中固定尽可能多的商业上有吸引力的性状，而同时消除尽可能多的不想要的性状。他的目标是建立一个可市场化的、商业上有吸引力的产品，其由于例如各种有趣的表型性状的新组合而在市场上是有竞争力的并且是成功的。

为了实现该目标，他需要将衍生自亲本植物与供体植物杂交的F1植物反复与亲本植物回交，并且在每一个世代中针对携带所有或实际上尽可能多的期望性状的个体再次选择。这个过程是非常耗时的，因为通常需要四至六个回交世代和大量的后代群体来获得主要是纯合的并类似于亲本植物的系，并且来自供体植物的一个或多个期望的性状已经渐渗并固定其中。

某些作物(例如莴苣)具有相对短的生命周期，而其它作物(例如胡萝卜)需要两年来产生种子。因此，在这样的作物中，一个新的商业品种的产生很容易就需要大约8年至大约20年。另外，在选择和随后的回交过程中，几乎所有的存在于供体植物或种质(accession)的基因组中的遗传变异被丢失了，因为育种者在该供体种质中特异性针对他最初鉴定(主要通过表型)的一个或几个感兴趣的性状进行选择。如果每个随后回交世代的群体大小是有限的(例如由于用于植物的种植空间的有限可用性)，植物育种者将不可避免地无法注意并欣赏由供体种质的基因组贡献的其它潜在有趣的性状。因此，传统育种面对的是存在于例如野生型种质和作物植物的未栽培亲缘中的大量遗传变异开发不足(under-exploitation)的问题。