專利名稱：：通過提供在其葉綠體中包含將乙醇酸轉化為蘋果酸的酶活性的植物細胞來改善植物的農...的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及植物的農業(yè)生物學特性的改善。具體來說，本發(fā)明涉及在其葉綠體中包含將乙醇酸轉化為蘋果酸的酶活性的植物細胞。優(yōu)選所述植物細胞包括具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽；或者具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。本發(fā)明還涉及包含上述植物細胞的植物，以及可從該植物獲得的種子。本發(fā)明進一步涉及制備具有提高的水利用效率或提高的產量的轉基因植物或植物細胞的方法。本發(fā)明涉及包含編碼上述多肽的核酸組合的多核苷酸以及包含該多核苷酸的載體，和它們的應用。
背景技術：
：碳三植物中的光合CO2同化作用被包括溫度、CO2和水有效性的環(huán)境變量所限制。許多這種限制可歸因于核酮糖1，5-二磷酸鹽羧化酶/加氧酶(RubisCO)的催化性質。大氣中的O2和光系統(tǒng)II產生的O2都與CO2競爭與RubisCO的活性位點的結合。核酮糖1，5-二磷酸(RuBP)的氧合作用僅僅產生一個分子的3-磷酸甘油酯，其余兩個碳形成2-磷酸乙醇酸酯。2-磷酸乙醇酸酯是導致CO2損失的C2-氧化光合循環(huán)(光呼吸循環(huán))的初始底物[1]。光呼吸循環(huán)的主要功能是再利用2-磷酸乙醇酸酯(圖1)。在該通路過程中，兩分子的2-磷酸乙醇酸酯被代謝形成一分子的3-磷酸甘油酯和CO2,這些碳化合物立即通過卡爾文_本森循環(huán)(Calvin-Bensoncycle)(C3-還原型光合循環(huán))用于RuBP的再生，而無磷酸三糖的純合成[2，3]。2-磷酸乙醇酸酯在三個不同的細胞區(qū)室中代謝，即葉綠體、過氧化物酶體和線粒體(釋放CO2和NH4+的位點)，涉及許多酶促反應和轉運過程(圖1)。光呼吸通路依賴于葉中碳和氮代謝的緊密整合，因為NH4+以與CO2相同的速率釋放[4]。由于氮是比碳更有價值的資源，光呼吸的NH4+的再同化對于保持碳三植物中氮的狀態(tài)是必要的[5]。甘氨酸氧化過程中線粒體基質中釋放的氨在葉綠體中通過谷氨酰胺合成酶(GS)催化ATP依賴的谷氨酸向谷氨酰胺的轉化得到利用。專有地定位于葉肉細胞葉綠體的鐵氧還蛋白依賴的谷氨酸合成酶(GOGAT)，催化谷氨酰胺和2-酮戊二酸轉化成兩分子的谷氨酸(圖1)。改善RubisCO羧化活性的一種手段是改變RubisCO對于CO2和O2的動力學常數(shù)。但是，迄今為止，通過定點突變降低其加氧酶活性的RubisCO的遺傳工程，或者將其用更加有效的形式置換的方法僅取得有限的成功，例如用那些C02/02特異性因數(shù)高于高等植物RubisCO的C02/02特異性因數(shù)的來自紅藻門(rhodophyte)藻類的RubisCO形式置換的方法[6]。另一種改善碳三植物中碳固定的方法是直接通過對該通路中酶的操縱來降低光呼吸。從插入突變的分析可知，阻斷RubisCO氧合作用下游的光呼吸代謝是致死的[7-13]。這些結果表明光呼吸不太可能通過直接操縱光呼吸通路中酶的水平得到改善。另一方面，已發(fā)展了幾種通過在其反應位點增加CO2實際濃度提高RubisCO羧化酶活性的模式。例子是藍細菌和藻類[14-15]的CO2濃縮機制或碳四植物的光合循環(huán)[16]。后者提供了CO2泵，其在RubisCO位點導致升高的C02/02比例，并因此導致相對于羧化酶活性降低的加氧酶活性。在碳三植物中，RubisCO以其Vmax的約25%在體內運行，而在碳四植物中，認為是以其Vmax或接近Vmax運行[16]。并且，RubisCO在碳四植物中的比活性比碳三植物高，因此在碳四植物中需要較少的RubisCO蛋白質來達成高速光合作用。因為此原因，還由于RubisCO是高耗氮量的酶(N-expensiveenzyme)這一事實(碳三植物中總葉N的20-30%，但是碳四植物中僅為6%)，碳四植物呈現(xiàn)比碳三植物更高的光合氮利用效率[17]。已嘗試通過將碳四循環(huán)的酶在碳三植物(例如擬南芥(A.thaliana),馬鈴薯、煙草和稻)中過表達來轉移碳四光合作用的優(yōu)點，例如高光合容量、快速生長、提高的氮水利用效率[18-21]。HSusler等[21]已經表明碳三植物(馬鈴薯和煙草)中碳四循環(huán)基因的過表達導致光呼吸減弱，而且導致內源性酶模式和UV防護劑含量的改變。最近證明了通過用來自大腸桿菌(E.coli)的乙醛酸聚醛酶和丙醇二酸半醛還原酶完成該通路對光呼吸通量的減弱[22]。光呼吸循環(huán)不僅僅是由于RubisCO的動力學性質而不可避免地導致的浪費過程。它還被認為是對暴露于高溫和干旱的碳三植物的保護機制。要提及的是代謝物的產生，例如甘氨酸、絲氨酸或一碳單元，這些代謝物能從葉輸出，或用于其他代謝途徑，例如甘氨酸用于谷胱甘肽的合成[23，24]和預防由于消散光能的電子傳遞鏈過度還原，特別是當C3植物暴露于高光強度或干旱脅迫下時(光防護；[25，26])。需要改善植物中CO2的同化，特別是C3植物中CO2的同化，以改善農作物的農業(yè)生物學特性。而同時還應該避免上述缺點。發(fā)明概述因此，本發(fā)明要解決的技術問題可以視為提供滿足上述需求的手段和方法。權利要求書和下文中描述的本發(fā)明實施方式解決了該技術問題。因此，本發(fā)明涉及在其葉綠體中包含將乙醇酸轉化為蘋果酸的酶活性的植物細胞。本文中使用的術語“植物細胞”包括來自所有類型植物組織的細胞，即，來自葉、根、莖、脈管組織、花柄、愈傷組織、子葉、花柄、花藥、葉柄、種子或胚性植物組織。本發(fā)明的宿主細胞可從任何單子葉或雙子葉植物獲得。優(yōu)選地，本發(fā)明的宿主細胞可以獲得自模式植物，優(yōu)選擬南芥(Arabidopsisthaliana)；或作物植物，選自由油菜(oilseedrape)、月見草(eveningprimrose)、大麻、大薊、花生、蕓苔、亞麻、大豆、紅花、向日葵、琉璃苣、玉蜀黍、小麥、黑麥、燕麥、稻、大麥、棉花、木薯、胡椒、茄科植物，優(yōu)選馬鈴薯、煙草、茄子或西紅柿；野豌豆屬物種，豌豆、紫花苜蓿；灌木植物(咖啡、可可、茶)；柳屬物種，樹(油棕、椰子)和多年生牧草和飼料作物。從上述植物獲得宿主細胞的適宜方法以及培養(yǎng)這些細胞的條件是本領域公知的。優(yōu)選該植物細胞是碳三植物的細胞。優(yōu)選地，術語“酶活性”是指通過引入賦予所述活性的一種或多種多肽，即能夠將乙醇酸轉化為蘋果酸、優(yōu)選以乙醛酸作為中間產物的一種或多種多肽，從而引入葉綠體的酶活性。因此本文中所述的多肽應該是當存在與葉綠體中時呈現(xiàn)上述酶活性的酶。賦予上述轉化中必需酶活性的優(yōu)選多肽在本申請文件的其他部分詳細公開。應理解，本文中所指的多肽也可以呈現(xiàn)其他的生物活性。為了保證將上述活性賦予至葉綠體中的上述多肽的定位，優(yōu)選該多肽包含葉綠體轉運肽。適宜的葉綠體轉運肽為本領域中已知，記載于Brace2000,TrendsinCellBiology10，440-447或Kleffmann2004，Curr.Biol.14,354-362中。本發(fā)明的植物細胞包括具有內源性核酮糖1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)活性的葉綠體。由于RubisCO的酶性質及其對C02/02分壓的依賴性，在未修飾的葉綠體中僅僅可以進行有限的CO2固定。但是，本發(fā)明的植物細胞中所包含的葉綠體是經過工程化的，這種工程化是通過將能夠轉化乙醇酸為乙醛酸、隨后將乙醛酸轉化為蘋果酸的酶活性引入葉綠體，以允許將葉綠體中的乙醇酸轉化為蘋果酸。通過向葉綠體中引入這些酶活性，建立了完整的乙醇酸分解代謝循環(huán)。作為此循環(huán)的結果，一分子乙醇酸轉化為兩分子的CO2并還原NADPH和NADH形式的能量(乙醇酸+02+NAD+NADP—2C02+NADH+NADPH+2H++H20)。以這種方式，CO2直接在葉綠體中釋放，從而提高了CO2分壓。因此降低了RubisCO的加氧酶活性，并由此形成了自調節(jié)循環(huán)。為此，優(yōu)選上述植物細胞進一步包括NADP-蘋果酸酶和丙酮酸脫氫酶。因此，優(yōu)選本發(fā)明的植物細胞具有比缺乏轉化乙醇酸為蘋果酸酶活性的植物細胞增加的CO2同化效率。作為大大提高的CO2同化作用的有利結果，本發(fā)明的植物細胞可以產生產量提高、水利用效率改善的植物，特別是農作物植物，其在本申請文件其他部分更詳細公開。通過向葉綠體中引入上述酶活性并由此引入完整的乙醇酸分解代謝循環(huán)，CO2將在葉綠體中直接釋放并再固定，從而通過提高C02/02比例降低RubisCO的加氧酶活性(圖1)。在本發(fā)明的植物細胞的優(yōu)選實施方式中，植物細胞的葉綠體包含具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽。本文所稱乙醇酸氧化酶應能夠轉化乙醇酸為乙醛酸和水過氧化氫(E.C.1.1.3.15)0蘋果酸合酶應能夠通過從乙酰-CoA向乙醛酸引入兩個C單元來合成蘋果酸(E.C.4.1.3.2)。過氧化氫酶是指能夠將水過氧化氫轉化為水和氧氣的酶(E.C丄11丄6)。能夠實施這些轉化和合成的任何酶都可以引入到本發(fā)明的葉綠體中。上述酶活性可以用本領域公知的測定方法測定，優(yōu)選用下列實施例中描述的測定方法。然而，優(yōu)選上述第一多肽由包含選自下組的核酸的第一多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo1中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo2中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo1中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸氧化酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo2中所示氨基酸序列至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸氧化酶活性。優(yōu)選所述第二多肽由包含選自下組的核酸的第二多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示核苷酸序列至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性。優(yōu)選第三多肽由包含選自下組的核酸的第三多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo5中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo6中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo5中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有過氧化氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo6中所示氨基酸序列有至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有過氧化氫酶活性。此處使用的術語“多核苷酸”是指線性或環(huán)狀的核酸分子。其包括DNA和RNA分子。優(yōu)選本發(fā)明的多核苷酸應作為分離的多核苷酸(即從其天然環(huán)境中分離)或以遺傳修飾的形式提供。該術語包括單鏈和雙鏈多核苷酸。并且，還包括化學修飾的多核苷酸，其包括天然產生的修飾多核苷酸，如糖基化或甲基化的多核苷酸；或人工修飾的多核苷酸，例如生物素化的多核苷酸。本發(fā)明的多核苷酸特征在于其應編碼上述多肽。優(yōu)選該多肽具有如上所述的特定核苷酸序列。此外，由于遺傳密碼的簡并性，還包括編碼如上所述的特定氨基酸序列的多核苷酸。此外，本發(fā)明中使用的術語“多核苷酸”進一步包括上述特定多核苷酸的變體。所述變體可包括本發(fā)明多核苷酸的直向同源物、旁系同源物或其他同源物。優(yōu)選該多核苷酸變體包括特征在于其序列能夠通過至少一個核苷酸取代、插入和/或缺失而從上述特定核酸序列衍生得到的核酸序列，從而該變體核酸序列應仍舊編碼具有上述活性的多肽。變體還包括包含能夠與上述特定核酸序列雜交、優(yōu)選在嚴緊雜交條件下雜交的核酸序列之多核苷酸。這些嚴緊條件為本領域技術人員所公知，可在CurrentProtocolsinMolecularBiology,JohnWiley&Sons，N.Y.(1989),6.3.1_6.3.6中找到。嚴緊雜交條件的優(yōu)選實例為6X氯化鈉/檸檬酸鈉(=SSC)，大約45°C雜交，接著在50-65°C下、0.2XSSC,0.1%SDS條件下進行一步或多部洗滌步驟。本領域技術人員了解關于溫度和緩沖液的濃度條件，這些雜交條件根據核酸的類型而不同，而且例如，當有機溶劑存在時。例如，在“標準雜交條件”下，在濃度為0.1-5XSSC(pH7.2)的水性緩沖液中，根據核酸類型溫度在42°C和58°C之間改變。如果上述緩沖液中存在有機溶劑，例如50%甲酰胺，則標準條件的溫度為約42°C。DNA:DNA雜交的雜交條件優(yōu)選為例如0.1XSSC,200C-45°C,優(yōu)選30°C至45°C之間。DNA:RNA雜交的雜交條件優(yōu)選為例如0.1XSSC，30°C至55°C，優(yōu)選45°C至55°C之間。上述雜交溫度在例如不存在甲酰胺的情況下為長度約IOObp(=堿基對)、G+C含量為50%的核酸而測定。技術人員了解如何參考如上所述或下列教科書決定所需的雜交條件Sambrook等，《分子克隆》，冷泉港實驗室，1989；Hames和Higgins編輯，1985年，《核酸雜交一種實用方法(NucleicAcidsHybridizationAPracticalApproach)))，牛津大學出版社，IRL出版社，牛津；Brown編輯，1991，《基礎分子生物學一種實用方法(EssentialMolecularBiologyAPracticalApproach)))，牛津大學出版社，IRL出版社，牛津?；蛘撸捎肞CR類技術得到多核苷酸變體，例如基于混合寡核苷酸引物的DNA擴增，S卩，用針對本發(fā)明多肽的保守結構域的簡并引物進行的擴增。本發(fā)明多肽的保守結構域可通過將本發(fā)明多核苷酸的核酸序列或本發(fā)明多肽的氨基酸序列與本發(fā)明所涉及酶家族的其他成員的序列進行序列比對來鑒定。適于作為PCR引物的寡核苷酸和適宜的PCR條件記載于下列實施例中?？墒褂脕碜约毦⒄婢?、植物或動物的DNA或cDNA作為模板。并且，變體包括含有與特定核酸序列至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%相同的核酸序列的多核苷酸。并且，變體還包括含有編碼與本文涉及的特定氨基酸序列至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%相同的氨基酸序列的核酸序列的多核苷酸。同一性百分比值優(yōu)選對整個氨基酸或核酸序列區(qū)域計算。為了比對不同的序列，本領域技術人員可得到基于多種算法的一系列程序。在此背景下，Needleman和Wunsch的算法或Smith和Waterman的算法能得到特別可靠的結果。為了進行序列比對，使用了美國53711威斯康辛州麥迪遜575ScienceDrive的遺傳性計算機集團1991版本(GeneticsComputerGroup,575ScienceDrive,Madison,Wisconsin,USA53711，version1991)的GCG軟件包中的一部分，即PileUp程序(Higginsl989，CABIOS,51989I5I-I53)或Gap和BestFit程序(Needleman1970，J.Mol.Biol.48；443-453和Smith198，Adv.Appl.Math.2；482-489)。上文中以百分數(shù)(％)表示的序列同一性值優(yōu)選用GAP程序對整個序列區(qū)域以下列設置進行測定間隙權重(GapWeight)50，字長權重(LengthWeight)3，平均匹配10.000和平均錯配0.000，除非另外說明，這些設置總是用作序列比對的標準設置。包含任意上述核酸序列片段的多核苷酸也作為本發(fā)明的多核苷酸被包括。該片段應編碼仍然具有上述活性的多肽。所以，該多肽可包括賦予上述生物活性的本發(fā)明多肽的結構域或由這些結構域組成。本文所述片段優(yōu)選包括上述任一個核酸序列的至少50、至少100、至少250或至少500個連續(xù)核苷酸，或編碼包括任一個上述氨基酸序列的至少20、至少30、至少50、至少80、至少100或至少150個連續(xù)氨基酸的氨基酸序列。本發(fā)明的多核苷酸或者基本由上述核酸序列組成，或者包括上述核酸序列。所以，它們還可以包含另外的核酸序列。具體而言，本發(fā)明的多核苷酸可編碼融合蛋白，其中融合蛋白的一部分是上述核酸序列編碼的多肽。這樣的融合蛋白可包括用以監(jiān)測表達(例如綠色、黃色、藍色或紅色熒光蛋白、堿性磷酸酶等)的附加部分肽序列；或用作可檢測標記或用作純化目的的輔助手段的所謂的標簽。用于不同目的的標簽為本領域所公知，包括FLAG標簽、6-組氨酸標簽、MYC標簽等。更優(yōu)選上述第一、第二和/或第三多肽由異源多核苷酸表達，即，從已經例如用表達載體瞬時引入植物細胞的多核苷酸表達，或從已經例如用T-或P-DNA插入而穩(wěn)定引入植物細胞的多核苷酸表達。此處使用的術語“異源的”是指不是在植物細胞中天然發(fā)生的多核苷酸。因此該術語包括源自不同有機體的修飾或未修飾的多核苷酸，或者源自本發(fā)明植物細胞的修飾的多核苷酸。應理解，該異源多核苷酸應該或者包括允許其在植物細胞中表達的表達控制序列，或者包括允許異源多核苷酸在植物細胞基因組中的基因座整合的序列，從而使該異源多核苷酸的表達可由植物細胞的內源性表達控制序列所掌控。優(yōu)選該異源多核苷酸包括具有上述第一、第二或第三多核苷酸的核酸序列中的兩個或全部三個核酸的核酸，即，編碼乙醇酸氧化酶的多核苷酸、編碼蘋果酸合酶的多核苷酸或編碼過氧化氫酶的多核苷酸。通過引入上述異源多核苷酸，生成轉基因植物細胞。這樣的轉基因植物細胞可通過轉化技術得到，這些技術在引用的下列文獻中公開《植物分子生物學和生物技術(PlantMolecularBiologyandBiotechnology)》(CRC出版社，BocaRaton，佛羅里達)，6/7章，第71-119頁(1993)；學術出版社，Kung和R.Wu編輯，1993年《轉基因植物》第一卷，《工程和應用》15-38頁，F(xiàn).F.White的“高等植物中基因轉移用載體”(VectorsforGeneTransferinHigherPlants；in:TransgenicPlants,vol.1,EngineeringandUtilization,Ed.KungandR.Wu，AcademicPress,1993,15-38)；學術出版社，Kung和R.Wu編輯，1993年《轉基因植物》第一卷，《工程和應用》中128_143頁，B.Jenes等的“基因轉移的技術”(B.Jenesetal.，TechniquesforGeneTransfer,in:TransgenicPlants,vol.1,EngineeringandUtilization,Ed.KungandR.Wu,AcademicPress(1993),128-143)；Potrykus,Annu.Rev.PlantPhysiol.PlantMolec.Biol.42(1991),205-225。優(yōu)選轉基因植物可以通過T-DNA介導或P-DNA介導的轉化得到。通常這樣的載體系統(tǒng)特征在于其至少包含土壤桿菌介導的轉化所需的vir基因和為T-DNA或P-DNA劃界的序列(T-DNA邊界或P-DNA邊界)。適宜載體詳細記載于申請文件的其他部分中。在本發(fā)明植物細胞的另一個優(yōu)選實施方式中，葉綠體包括具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。本文中使用的乙醇酸脫氫酶(EC1.1.99.14)是指能夠轉化乙醇酸至乙醛酸但是使用NAD+而不是H2O2作為氧化劑的酶。優(yōu)選所述第一多肽由包含選自下組的核酸的第一多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo7中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo8中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo7中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸脫氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo8中所示氨基酸序列有至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸脫氫酶活性。優(yōu)選上述第二多肽由包含選自下組的核酸的第二多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性。如上文中所設定，所述第一和/或第二多肽優(yōu)選從異源多核苷酸表達。在此情況下，優(yōu)選該異源多核苷酸或者包括具有上述第一或第二多核苷酸的核酸序列(即，編碼乙醇酸脫氫酶的多核苷酸或編碼蘋果酸合酶的多核苷酸)的核酸，或包括這兩種核酸。本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的植物細胞的植物。優(yōu)選本發(fā)明的植物從本發(fā)明的植物細胞發(fā)育得到。所以，可設想該植物的所有植物細胞都是根據該發(fā)明的植物細胞，即，在其葉綠體中包括轉化乙醇酸至蘋果酸的酶活性。如上所述，本發(fā)明的植物細胞，優(yōu)選本發(fā)明的植物，選自下組中模式植物，優(yōu)選擬南芥；或作物植物，優(yōu)選油菜、月見草、大麻、大薊、花生、蕓苔、亞麻、大豆、紅花、向日葵、琉璃苣、玉蜀黍、小麥、黑麥、燕麥、稻、大麥、棉花、木薯、胡椒；茄科植物，優(yōu)選馬鈴薯、煙草、茄子或西紅柿；野豌豆屬物種，豌豆、紫花苜蓿；灌木植物(咖啡、可可、茶)；柳屬物種，樹(油棕、椰子)和多年生牧草和飼料作物。優(yōu)選本發(fā)明的植物是C3植物。優(yōu)選地，與缺乏本發(fā)明植物細胞的植物相比，本發(fā)明的植物具有提高的CO2同化作用。此處使用的CO2同化作用是指CO2和水在光合作用過程中轉化為有機分子。該背景下的化學反應為本領域所公知，并記載在標準生化教科書中。CO2同化作用的提高可以用本領域公知的測定方法測定，優(yōu)選由下列實施例中描述的測定方法測定。優(yōu)選該提高在統(tǒng)計學上有顯著意義。提高是否在統(tǒng)計學上有顯著意義可以用公知的統(tǒng)計檢驗測定，包括例如student氏t檢驗、曼-懷二氏檢驗(Mann-Whitneytest)等。更優(yōu)選該提高是指同化的(02提高至少10%、至少20%、至少30%、至少40%或至少50%。優(yōu)選地，本文中缺乏本發(fā)明植物細胞的植物是指與本發(fā)明的植物相同品種的未修飾的對照植物。與缺乏本發(fā)明植物細胞的植物相比，還優(yōu)選本發(fā)明的植物具有減弱的光呼吸作用。光呼吸通路活性的減弱可以用公知技術測定。優(yōu)選適宜的測試方法公開于所附下列實施例中。此處所述“減弱”優(yōu)選是指統(tǒng)計學上有顯著意義的減弱。與缺乏本發(fā)明的植物細胞的植物相比，優(yōu)選本發(fā)明的植物具有提高的水利用效率。作為升高的CO2同化作用的結果，由于葉的氣孔可保持關閉，所以提高了水利用率。因此，減少了蒸發(fā)造成的水損失。水利用率的提高可以用本領域公知的測定方法測定，優(yōu)選由下列實施例中描述的測定方法測定。優(yōu)選該提高在統(tǒng)計學上有顯著意義。更優(yōu)選該提高是指提高至少10%、至少20%、至少30%、至少40%或至少50%。與缺乏本發(fā)明的植物細胞的植物相比，優(yōu)選本發(fā)明的植物生產的葉數(shù)量增加。葉的數(shù)量可以計數(shù)得到或基于葉的鮮重或干重來測定。優(yōu)選葉的數(shù)量增加在統(tǒng)計學上有顯著意義。更優(yōu)選該增加是指葉數(shù)量增加至少10%、至少20%、至少30%、至少40%或至少50%。此外，與缺乏本發(fā)明的植物細胞的植物相比，優(yōu)選本發(fā)明的植物具有提高的產量。本文中使用的術語“產量”包括植物部分或完整植物的生物量(鮮重或干重)的增加，特別是植物的可收獲部分的生物量的增加。生物量的增加可以是地上的或地下的。地下生物量的增加可由于諸如塊莖、根莖、球莖等植物部分生物量的增加。特別優(yōu)選任意一種或多種下列增加增加的根生物量、增加的根體積、增加的根數(shù)量、增加的根直徑和增加的根長度。術語“增加的產量”還包括種子產量的增加。種子產量的增加包括ω增加的總種子產量，包括種子生物量(種子重量)增加，可以是每棵植物種子重量的增加或者單個種子重量的增加；Gi)每花序中花(“小花(florets)，，)的數(shù)量增加；(iii)飽滿種子數(shù)量的增加；Gv)種子大小增加；(ν)種子體積增加；(vi)單個種子面積增加；(vii)單個種子長度和/或寬度增加；(viii)收獲指數(shù)增加，其表達為收獲部分(如種子)產量與總生物量的比例；Gx)飽滿率增加，飽滿率是指飽滿種子的數(shù)量除以種子總數(shù)再乘以100；和(χ)千粒重(TKW)增加，從所計數(shù)的飽滿種子數(shù)量及其總重量推知。提高的TKW可得自提高的種子大小和/或種子重量。提高的TKW可由提高的胚大小和/或胚乳大小產生。優(yōu)選該產量增加在統(tǒng)計學上有顯著意義。更優(yōu)選該提高是指產量提高至少10%、至少20%、至少30%、至少40%或至少50%。最后，因為該工程化的路徑定位于葉綠體，可直接再固定CO2,并釋放更少的氨。因此，在本發(fā)明的植物中需要較低程度的氨再同化，而且還會發(fā)生硝酸鹽利用率的改善。本發(fā)明進一步包括可從本發(fā)明的植物得到的種子。優(yōu)選本發(fā)明的種子應能夠產生(即發(fā)育為)本發(fā)明的植物，尤其是具有上述特征的植物。本發(fā)明的植物或植物細胞優(yōu)選是轉基因植物或植物細胞。所以，本發(fā)明涉及生產轉基因植物或植物細胞的方法，該轉基因植物或植物細胞與相應的非轉基因植物或植物細胞相比具有升高的水利用率，所述方法包括向該轉基因植物或植物細胞葉綠體中引入如上所述的具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽，或引入如上所述的具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。上述多肽的引入優(yōu)選通過引入編碼上述多肽的異源多核苷酸來達成，在本申請文件其他部分將更詳細討論。這包括表達載體的瞬時引入，或通過例如T-DNA或P-DNA插入來穩(wěn)定整合到植物細胞基因組中。應理解，可引入包括編碼所有上述多肽的核酸的異源多核苷酸?；蛘?，可引入各包括編碼上述多肽中的一個多肽的核酸的分離的獨立的異源多核苷酸。因此，該方法優(yōu)選包括如下步驟a.向該植物的植物細胞中引入至少一個編碼所述多肽的異源多核苷酸；和b.從所述至少一個多核苷酸表達所述多肽。本發(fā)明還涉及生產轉基因植物或植物細胞的方法，該轉基因植物或植物細胞與相應的非轉基因植物或植物細胞相比具有升高的產量，所述方法包括向該轉基因植物或植物細胞葉綠體中引入如上所述的具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽，或引入如上所述的具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。該方法優(yōu)選還包括如下步驟a.向該植物的植物細胞中引入至少一個編碼所述多肽的異源多核苷酸；和b.從所述至少一個多核苷酸表達所述多肽。本發(fā)明包括包含下列核酸的組合的多核苷酸選自下列核酸構成的組的核酸a.具有SEQIDNo1中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo2中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo1中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸氧化酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo2中所示氨基酸序列至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸氧化酶活性；選自下列核酸構成的組的核酸a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性；和選自下列核酸構成的組的核酸a.具有SEQIDNo5中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo6中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo5中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有過氧化氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo6中所示氨基酸序列有至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有過氧化氫酶活性。此外，本發(fā)明還涉及包含下列核酸組合的多核苷酸選自下列核酸構成的組的核酸a.具有SEQIDNo7中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo8中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo7中所示核苷酸序列有至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸脫氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo8中所示氨基酸序列有至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸脫氫酶活性；和選自下列核酸構成的組的核酸a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性。通過向植物細胞或植物中引入作為異源多核苷酸的本發(fā)明的任一個上述多核苷酸，本發(fā)明涉及的特征將被賦予所述植物或植物細胞。本發(fā)明還涉及包含一種本發(fā)明的上述多核苷酸的載體。術語“載體”優(yōu)選包括噬菌體、質粒、病毒載體或逆轉錄病毒載體以及人工染色體，例如細菌或酵母菌人工染色體。此外，該術語還涉及靶向構建體，允許該靶向構建體向基因組DNA中的隨機或定點整合。這樣的靶向構建體優(yōu)選包括如下詳述的用于同源重組或異源重組的足夠長度的DNA。優(yōu)選包括本發(fā)明多核苷酸的載體進一步包括用于在宿主中擴增和/或選擇的選擇性標記。該載體可通過本領域公知的多種技術整合入宿主細胞中。如果引入宿主細胞中，該載體可存在于細胞質中或整合入基因組中。在后者情況下，應理解該載體可進一步包括允許同源重組或異源插入的核酸序列?？赏ㄟ^常規(guī)轉化或轉染技術將載體引入到原核或真核細胞中。本文中使用的術語“轉化”和“轉染”，接合(conjugation)和轉導，旨在包括引入外來核酸(例如DNA)至宿主細胞中的大量現(xiàn)有技術方法，包括磷酸鈣、氯化銣或氯化鈣共沉淀；DEAE-葡聚糖介導的轉染；脂轉染；天然感受態(tài)；碳類簇(carbon-basedclusters)；化學修飾的轉移；電穿孔或粒子轟擊(例如“基因槍”)。包括植物細胞的宿主細胞的適宜轉化或轉染方法可在Sambrook等(《分子克隆實驗室手冊》第二版，冷泉港實驗室，冷泉港出版社，紐約冷泉港，1989)和其他實驗室手冊，例如《分子生物學方法》1995，第44卷，土壤桿菌實驗方案，Gartland和Davey編輯，Humana出版社，新澤西州Totowa中找到?；蛘撸赏ㄟ^熱休克或電穿孔技術引入質粒載體。該載體如果是病毒，則應該在應用到宿主細胞上之前，先用適宜的包裝細胞株在體外包裝。逆轉錄病毒載體可以是可復制的或復制缺陷的。在后者情況下，通常僅僅在互補宿主細胞中發(fā)生病毒增殖。優(yōu)選此處涉及的載體適用于作為克隆載體，即在微生物系統(tǒng)中可復制。這樣的載體保證了細菌中的有效克隆，優(yōu)選酵母菌或真菌中的有效克隆，并使植物可以穩(wěn)定轉化。必須提及的特別是那些適用于T-DNA介導或P-DNA介導的轉化的多種雙元和共整合載體系統(tǒng)。通常這樣的載體系統(tǒng)特征在于其至少包含土壤桿菌介導的轉化所需的vir基因和為T-DNA或P-DNA劃界的序列(T-DNA或P-DNA邊界)。這些載體系統(tǒng)優(yōu)選還進一步包括順式調節(jié)區(qū)域，例如啟動子和終止子和/或選擇性標記，這些選擇性標記適用于鑒別合適轉化的宿主細胞或有機體。共整合載體系統(tǒng)在同一載體中排列有vir基因和T-DNA序列時，而二元系統(tǒng)基于至少兩個載體，一個攜帶vir基因而沒有T-DNA,而另一個攜帶T-DNA、沒有vir基因。結果，最后提到的這種載體相對較小，容易操作，而且能夠在E.coli和土壤桿菌中復制。這些二元載體包括源自pBIB-HYG、pCAMBIA、pPZP、pBecks、pGreen系列的載體。優(yōu)選用于本發(fā)明的是pGreenII。二元載體的綜述及其應用參見Hellens2000，TrendsinPlantScience5，446-451。此外，利用合適的克隆載體，本發(fā)明的多核苷酸可引入宿主細胞或有機體內，例如植物或動物中，并由此可用于植物的轉化，例如下列文獻中公開和引用的PlantMolecularBiologyandBiotechnology(CRCPress,BocaRaton,Florida),6/7章，第71-119頁(1993)；F.F.White,VectorsforGeneTransferinHigherPlants；inTransgenicPlants,卷1，EngineeringandUtilization,Kung禾口R.Wu編著，AcademicPress,1993,15-38;B.Jenes等人，TechniquesforGeneTransfer,出自TransgenicPlants，卷1，EngineeringandUtilization,Kung和R.Wu編著，AcademicPress(1993)，128-143;Potrykus，Annu.Rev.PlantPhysiol.PlantMolec.Biol.42(1991)，205-225。更優(yōu)選本發(fā)明的載體是表達載體。在這樣的表達載體中，該多核苷酸包括如上所述的允許在真核細胞中表達的表達框或其分離的片段。除了本發(fā)明的多核苷酸，表達載體還可進一步包括調節(jié)元件，包括轉錄和翻譯增強子。優(yōu)選，該表達載體還是基因轉移或靶向載體。源于病毒的表達載體如逆轉錄病毒載體、痘苗病毒、腺相關病毒、皰疹病毒或牛乳頭瘤病毒，可用于將本發(fā)明的多核苷酸或載體傳遞入靶向的細胞群中。可采用本領域技術人員公知的方法構建重組病毒載體，參見，例如Sambrook，MolecularCloningALaboratoryManual,ColdSpringHarborLaboratory(1989)N.Y.禾口Ausubel，CurrentProtocolsinMolecularBiology,GreenPublishingAssociatesandWileyInterscience,N.Y.(1994)中記載的技術。適用的表達載體骨架優(yōu)選源自本領域已知的表達載體，例如Okayama-BergcDNA表達載體pcDVl(Pharmacia)、pCDM8、pRc/CMV、pcDNAl、pcDNA3(Invitrogene)或pSPORT1(GIBCOBRL)。典型融合表達載體的其他實例有pGEX(PharmaciaBiotechInc；Smith,D.B.,禾ΠJohnson,K.S.(1988)Gene6731-40)、pMAL(NewEnglandBiolabs,Beverly,MA)禾口pRIT5(Pharmacia,Piscataway,NJ)，其中分別與編碼要表達的蛋白質的目的核酸融合了谷胱甘肽S-轉移酶(GST)、麥芽糖E-結合蛋白和蛋白質A。pTrc載體的靶基因表達基于宿主RNA聚合酶從雜合子trp-lac融合啟動子開始的轉錄。pETIld載體的靶基因表達基于由共表達的病毒RNA聚合酶(T7gnl)介導的T7-gnlO-laC融合啟動子的轉錄。該病毒聚合酶由宿主菌株BL21(DE3)或HMS174(DE3)從固有的λ-噬菌體提供，該噬菌體攜帶IacUV5啟動子轉錄控制下的T7gnl基因。在釀酒酵母中表達的載體實例包括ρYeDesaturasecl(Baldari等人(1987)EmboJ.6229-234)、pMFa(Kurjan禾口Herskowitz(1982)Cell30933-943)、pJRY88(Schultz等人(1987)Gene54113-123)和pYES2(InvitrogenCorporation，SanDiego,CA)。適用于例如絲狀真菌的其他真菌的載體及其構建方法包括詳細記載于下列文獻中的方法vandenHondel,C.A.M.J.J.,&Punt,P.J.(1991)"Genetransfersystemsandvectordevelopmentforfilamentousfungi,出自AppliedMolecularGeneticsoffungi,J.F.Peberdy等編輯，第1-28頁，劍橋大學出版社劍橋，或出自MoreGeneManipulationsinFungi(J.W.Bennett&L.L.Lasure編著，第396-428頁學術出版社(AcademicPress)圣地亞哥)。其他適用的酵母載體例如pAG-1、YEp6、YEpl3或pEMBLYe23。作為備選，本發(fā)明的多核苷酸還可以用桿狀病毒表達載體在昆蟲細胞中表達?？捎糜谠谂囵B(yǎng)的昆蟲細胞(例如Sffi細胞)中表達蛋白的桿狀病毒表達載體包括pAc系列(Smith等人(1983)Mol.CellBiol.32156-2165)禾ΠρVL系列(Lucklow禾ΠSummers(1989)Virology17031-39)。允許在植物細胞中表達的表達載體包括詳細記載于下列文獻中的載體Becker,D.,Kemper,E.,Schell,J.，禾口Masterson,R.(1992)"Newplantbinaryvectorswithselectablemarkerslocatedproximaltotheleftborder”,PlantMol.Biol.201195-1197禾口Bevan,M.W.(1984)"BinaryAgrobacteriumvectorsforplanttransformation",Nucl.AcidsRes.128711-8721；VectorsforGeneTransferinHigherPlants；出自TransgenicPlants,卷1，EngineeringandUtilization,Kung禾口R.Wu編著，AcademicPress,1993,第15-38頁中。植物表達框優(yōu)選包括能夠控制植物細胞中基因表達和功能性連接以使得各個序列能夠實現(xiàn)其功能的調節(jié)序列，例如轉錄終止序列，例如多腺苷酸化信號。優(yōu)選的多腺苷酸化信號源自根瘤土壤桿菌T-DNA的，例如Ti質粒pTiACH5的基因3，已知其是章魚堿合酶(Gielen等人，EMBOJ.3(1984)835以及下列等等)，或其功能等同物，但是所有在植物中具有功能活性的其他終止序列也適用。由于植物基因表達經常不限于轉錄水平，植物表達框優(yōu)選包括其他功能性連接的序列，例如翻譯增強子，如過驅動序列(overdrivesequence)，包括5’未翻譯煙草花葉病毒前導序列，其提高蛋白質/RNA比例(Gallie等人，1987，Nucl.AcidsResearch158693-8711)。用于植物基因表達框中功能性連接的其他優(yōu)選序列是將基因產物靶向至其相關的細胞區(qū)域所需要的靶向序列。在當前情況下，具體而言，所相關的細胞區(qū)域是葉綠體。本發(fā)明還涉及一種組合物，該組合物包括包括選自下列核酸的第一多核苷酸a.具有SEQIDNo1中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo2中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo1中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸氧化酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo2中所示氨基酸序列至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸氧化酶活性；包括選自下列核酸構成的組的核酸的第二多核苷酸a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性；和包括選自下列核酸構成的組的核酸的第三多核苷酸a.具有SEQIDNo5中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo6中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo5中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有過氧化氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo6中所示氨基酸序列有至少50%相同氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有過氧化氫酶活性。此外，本發(fā)明涉及一種組合物，該組合物包括包括選自下列核酸構成的組的核酸的第一多核苷酸a.具有SEQIDNo7中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo8中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo7中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸脫氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo8中所示氨基酸序列有至少50%相同氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸脫氫酶活性；和包括選自下列核酸構成的組的核酸的第二多核苷酸a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；c.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo:4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性。如本申請文件其他部分所述，這樣的組合物包括用于賦予需要改善本文所述特征的植物或植物細胞所述酶活性的異源多核苷酸。應理解上述本發(fā)明的多核苷酸、載體或組合物，優(yōu)選用于賦予植物或植物細胞提高的水利用率或賦予植物或植物細胞提高的產量。附圖概述圖1C3植物的光呼吸碳氮循環(huán)(黑色)被新型乙醇酸分解代謝通路(紅色)短路。引入擬南芥葉綠體中的轉基因酶為綠色高亮表示。Kat:過氧化氫酶；GDC:甘氨酸脫羧酶；GGAT:谷氨酸-乙醛酸氨基轉移酶；GK:甘油酸激酶；GO:乙醇酸氧化酶；GOGAT:谷氨酸-酮戊二酸氨基轉移酶；GS:谷氨酰胺合成酶；HPR:羥基丙酮酸還原酶；MDHNAD-蘋果酸脫氫酶；MENADP-蘋果酸酶；MS蘋果酸合酶；PDH丙酮酸脫氫酶；PGP:磷酸乙醇酸磷酸酶；SGAT:絲氨酸_谷氨酸氨基轉移酶；SHMT:絲氨酸羥甲基轉移酶。與參考文獻[3]對應。圖2轉基因植物和野生型植物的葉提取物中的酶活性。A)乙醇酸氧化酶活性。B)蘋果酸合酶活性。C)過氧化氫酶活性。誤差棒表示三次不同測定值的標準誤。圖3:6周齡植物在短日照條件下在環(huán)境CO2濃度(380ppm)和高CO2濃度(2,OOOppm)下生長的生長特性。圖4:淀粉在6周齡轉基因植物和野生型植物葉子中積聚的差異，這些植物在短日照下在下列(A-C)條件下生長A)380ppm;B)2000ppm；C)在光照期將植物轉移至600μmol量子m-2s_l六天。D)如C)中處理的植物的表型。發(fā)明詳述下列實施例僅僅用來說明本發(fā)明。但是不應將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。實施例實施例1轉基因的PCR擴增用PlatinumPfxDNA聚合酶(Invitrogen，Karlsruhe，德國)擴增對應于擬南芥葉的乙醇酸氧化酶2(GO，At3gl4420)和南瓜子葉的蘋果酸合酶(MS，X56948)的cDNA和E.coli過氧化氫酶(KatE；M55161)的基因組序列，并克隆到pGEMT_Easy(Promega，Mannheim,德國)或pCR-BluntII-TOPO(Invitrogen)中。對于GO和MS的情況，省略編碼最后的氨基酸(A/SRL)的核苷酸，估計這些氨基酸代表過氧化物酶體導向信號(31，32)。使用下列引物組合GO正向引物(5'-TACAATTGGAGATCACTAACGTTACCGAGT-3‘SEQIDNO9)和GO反向引物(5‘-TGGGACACTCCACGTCCTTAGTCTAGACTAGTA-3'SEQIDNO10);MS正向引物(5'-ACACCGGTCGCTGGGAATGTATTCTGAATCGGCA-3‘SEQIDNO11)和MS反向引物(5‘-CACATAGGCATACATCATCCCAGGTGAGTCGACGTT-3‘SEQIDNO12)；KatE正向引物(5'—ACACCGGTCGCAACATAACGAAAAGAACCCA-3‘SEQIDNO13)和KatE反向引物(5‘-ACGTCGACTCAGGCAGGAATTTTGTCAATCT_3’SEQIDNO14)。為了進行所述克隆策略，將引物設定為在GO的5'和3'端引入唯一的MunI和SpeI位點，在MS和KatE的5'和3'端引入AgeI和SalI位點。為了將GO靶向引入葉綠體中，使用下列引物用PCR擴增擬南芥葡糖磷酸變位酶的間質靶向導肽(PGM；225bp)。PGM正向引物(5'-TAGGTACCCAATCAACAATGACGTCGACCTAC-3‘SEQIDNO15)；和PGM反向引物(5‘-GAGATTAAATCGTTGCCGACGAAGCAATTGTA-3'SEQIDNO16)。該寡核苷酸設計為在5'和3'端引入唯一的KpnI和MunI位點。得到的片段克隆到GOcDNA的上游。為了將MS和KatE靶向至葉綠體，含西紅柿-RubisCO-小亞基(rbcS3C；X66072)啟動子(715bp)和轉運肽(172bp)的片段用基因組DNA和下列引物PCR擴增rbcS3C正向引物(5'-ACGAGCTCATCCAGAATTGGCGTTGGATTA-3'SEQIDNO17)；和rbcS3C反向引物(5‘-AGCAACGGTGGAAGAGTCAGTTGCAACCGGTAT-3‘SEQIDNO18)。該引物設計為在5'和3'端引入唯一的SacI和AgeI位點。得到的片段插入到MS和KatE編碼區(qū)的上游。用PRISM熒光染料-終止系統(tǒng)(AppliedBiosystems,Darmstadt,德國)對所有的質粒構建體測序，以排除聚合酶反應中形成的任何可能的突變。實施例2:二元載體的構建為了指導在擬南芥中的表達，將編碼這些酶的質體前體的DNA克隆到修飾形式的二元載體pGreenll中[33，34]。用不同的策略將編碼這些酶的DNA克隆到二元載體中。對于MS和KatE，從載體中切除CaMV35S啟動子，并用西紅柿_rbcS3C啟動子指導表達。選擇性標記基因nosKan(卡那霉素抗性)、nosHyg(潮霉素抗性)和nosBAR18(BASTA抗性)被克隆到基本pGreenll載體中的StuI-位點。將GO克隆到pGreenll35S-nosKan載體中，MS克隆到pGreenllrbcS3C_nosHyg載體中，KatE克隆到pGreenllrbcS3C_nosBAR載體中，得到的質粒稱為35S:GO、rbcS3C:MS和rbcS3C:KatE。實施例3擬南芥的轉化和轉化體的選擇將二元載體35S:GO、rbcS3C:MS和rbcS3C:KatE電穿孔入攜帶輔助質粒pSoup的根瘤土壤桿菌GV3101中，用于通過真空侵入轉化擬南芥植物(哥倫比亞生態(tài)型，Col-O)[35]。利用對卡那霉素、潮霉素或BASTA的抗性選擇轉化的種子。從選出的植物中收集葉材料，抽提DNA用于PCR分析。含有轉基因的植物能夠自花傳粉。轉基因系再進行兩輪篩選和表征，利用PCR和酶活性檢測。一般植物生長在8小時光照/16小時黑暗的條件下，光合活性光子通量密度(PPFD)為100或600μmol量子m_2S-l(分別是正常和提高的光強度)，并把溫度調節(jié)到白天22°C/晚上18°C。對于非光呼吸條件下的生長，將在正常條件下生長的三周齡植物轉移入CO2濃度2,000士200ppm的室中。實施例4GO-MS和GMK轉化物的生產用載體rbcS3C:MS轉化GO(5系，G05)生產GO-MS系。含有三個基因的細胞系GMK系通過用載體rbcS3C:KatE再轉化GO-MS(系6，GO-MS6)來制備。在所有情況下，利用轉基因的不同抗性選擇細胞系，并用PCR、Southern印跡和酶活性測定來確認。實施例5:葉綠體分離、抽提物制備和酶活性測定如Kebeish等[22]所述分離完整的葉綠體。將沉淀的葉綠體重懸在相應的抽提緩沖液(見下文)中，直接用于酶活性測定。乙醇酸氧化酶在N2存在下勻漿葉材料，并重懸在抽提緩沖液中，抽提緩沖液中含有l(wèi)OOmMHepes，pH7.2,ImMEDTA和IOmM的2-巰基乙醇。離心勻漿物使其澄清，取10μ1等份小樣用于酶活性測定。酶活性測定按照Yamaguchi和Nishimura[36]的方法進行，并進行下列改變反應介質含有IOOmM三乙醇胺，pH7.8，3mMEDTA,0.75mM氧化型谷胱甘肽和4mM苯胼。加入2.3mM乙醇酸鈉開始反應，然后在320nm進行分光光度測定。一個酶單位定義為每分鐘催化產生1μmol乙醛酸-苯腙的酶量，以324nm處le.SmA/Tcm1的苯腙的消光系數(shù)計算。蘋果酸合酶在N2存在下勻漿葉材料，并重懸在抽提緩沖液中，抽提緩沖液中含有50mMTris-HCl,pH8.0,和lmMMgCl2。離心20勻漿物使其澄清，取10μ1等份小樣用于酶活性測定。按照Smith等[37]記載的方法測定MS活性。反應介質中含有50mMTris-HCl，pH8.0，5mMMgCl2,3mM乙酰-CoA，1，6mM5，5’-二硫代雙2-硝基苯甲酸(DTNB)。加入4mM乙醛酸開始反應，然后在410nm、25°C進行分光光度測定。一個酶單位定義為每分鐘催化產生1μmol4-硝基硫醇的酶量，以410nm處lSJA/Tcm1的4-硝基硫醇的消光系數(shù)計算。過氧化氫酶在風存在下勻漿葉材料，并重懸在抽提緩沖液中，抽提緩沖液中含有50mMKH2P04，pH7.0,1%(ν/ν)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-40和0.1%(v/v)TritonX-100。如Havir和McHale[38]所述在50mMKH2PO4^pH7.0中測定過氧化氫酶活性。加入IOmMH2O2開始反應，然后在240nm、25°C進行分光光度測定。一個酶單位定義為每分鐘催化分解1μmolH2O2的酶量，以240nm處AS.eA/Tcm1的H2O2的消光系數(shù)計算。實施例6H2O2和乙醛酸含量的測定過氧化氫用Okuda等[39]記載的實驗方案的修改版測定H2O2含量。在N2和500μ1的0.2MHC104存在下勻漿葉(50-100mg)，并在4°C、20,OOOg離心5分鐘。用4NKOH中和300μ1上清液至ρΗ7.5以去除HClO4,將溶液在4°C、l,000g離心1分鐘。取200μ1上清上樣到1.2mlAG-I柱上(0.8cmX4cm；BioRad,Hercules,USA)，用800μ1雙蒸水洗滌柱兩次。含有H2O2的第二次洗脫液用于檢測。反應混合物在750μ1總體積中含有500μ1洗脫液、200μ1對二甲基氨基苯甲醛(dimethylaminobenzalsehyde，DMAB，12.5mM，溶于0.375M、pH6.5的磷酸鹽緩沖液中)、40μ13-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙(3-methy卜2-benzothiazolinonehydrazone,MBTH,0.05%w/v)禾Π10μ1過氧化物酶(12.5U/ml)。加入過氧化物酶起始反應，25°C、8分鐘孵育之后，監(jiān)測590nm的吸光度升高。乙醛酸乙醛酸的測定用HSusler等[40]記載的實驗方案的修改版進行。在風和500μ1IOOmMHCl以及0.1%苯胼存在下勻漿葉材料(30_100mg)，并將其在80°C孵育5分鐘。冰上冷卻之后，將樣品在10,OOOg離心2分鐘，200μ1上清與750μ1的18.5%HC1和50μ1的4%(w/v)K3Fe(CN)6混合。10,OOOg離心混合物2分鐘，在加入K3Fe(CN)6后8分鐘的精確時間點，測定上清在520nm處的吸光度。不加K3Fe(CN)6的樣品作為對照。實施例7代謝產物含量按照Fahnenstich等[33]記載的方法進行GOMS分析、碳水化合物和葉綠素含量測定。實施例8:葉綠素熒光參數(shù)用PAM-2000脈沖調幅葉綠素熒光計(WalzGmbH，Effeltrich,德國)進行葉綠素熒光測定。每次測量起始時，將植物暗適應10分鐘。用調制弱紅光測量基楚熒光(FO)，用飽和白光脈沖(5000μmolm2Sec1；持續(xù)0.8s).誘導最大熒光(Fm)。實施例9CO2同化率和碳同位素分析按照Awada等的方法(41)對植物進行光合率測量，這些植物在如下條件下生長8小時光照/16小時黑暗，光合活性光子通量密度(PPFD)為100和300μmol量子mY1(分別為正常和升高的光強度)，環(huán)境相對濕度水平，24°C。簡言之，用安裝有LED光源和為擬南芥葉訂制的葉室的便攜光合系統(tǒng)(Li6400-2B，LICORInc.，Lincoln,NE,美國)在光飽和下進行最大凈光合(Α，μmolm2S.1)。按照Madhavan等的方法[42]進行碳同位素比例測定。在60°C干燥整個蓮座叢(rosette)48小時，并研磨成精細粉末，以測定碳同位素比例。用連接了自動捕獲盒系統(tǒng)和FinniganDelta-S同位素比率質譜儀的元素分析儀(Heraeus，CHN-ORapid)分析該葉粉末的子樣本(2_3mg)的碳同位素比例。通過與之前用已知δ13C值相對于PDB(PeeDeeBelemnite國際標準)標定的工作標準比較，確定各個樣本的同位素比例。實施例10:乙醇酸氧化酶、蘋果酸合酶和過氧化氫酶在擬南芥葉綠體中的共表達用編碼乙醇酸氧化酶(GO)的質粒轉化擬南芥。對GO活性高于野生型(19-53%)而且僅僅含有一個GO轉基因插入的卡那霉素抗性轉基因系再進行兩輪篩選，得到非分離T3轉基因系。用編碼蘋果酸合酶(MS)的質粒轉化GO活性比野生型高30%的GO代表系(圖2)。選擇潮霉素抗性的GO-MS轉化物，并分析其MS活性。得到的所有轉基因系都顯示出相似的MS活性(9.8士2.2至17.9士0.5mU/mg蛋白)，把用Southern印跡證明僅僅攜帶一個MS轉基因插入的代表系(圖2)再進行兩輪篩選，得到非分離T3群。用編碼E.coli過氧化氫酶(KatE)的質粒轉化該雙純合子過表達系，用BASTA抗性選出11個獨立的系(GMK系)。含有高于野生型的過氧化氫酶活性的GMK系再進行兩輪篩選，得到非分離T3系。選擇GMK3和GMK9作為得到的兩個不同群的代表進行進一步的分析(參見下文；圖2)。Southern印跡分析表明GMK3系僅僅含有一個KatE轉基因插入，而GMK9含有三個插入(未示出)。GMK植物呈現(xiàn)類似于親本系GO和GO-MS的GO和MS活性(圖2)，表明在9代之后沒有轉基因表達的損失。為了排除單轉基因表達引起的任何表型改變，還在野生型背景中表達了MS和KatE。在兩種情況下，得到了具有與GMK系相似的MS或過氧化氫酶活性的系(代表系包括在圖2中)。用五周齡GMK3植物和野生型植物的葉中分離的葉綠體進行的酶活性測量表明，轉基因酶正確定位到質體中(未示出)。實施例11:轉基因GMK植物積聚更多的生物量純合子GO植物具有在第一個7周的生長中蓮座叢直徑和鮮重降低、以及葉子微黃的特征(圖3)。有趣的是，從第7周開始，與野生型的生長差異變得不那么顯著了(未示出)。乙醛酸和過氧化氫含量的測定表明二者在GO植物中都有提高(圖Si)。GO-MS系與GO相似但大小介于GO和野生型植物之間(圖3)。由于當暴露于脅迫條件(見下文)時GO-MS植物呈現(xiàn)GO表型，在GO-MS植物的質體中表達KatE基因，以促進對GO活性產生的過量H2O2的解毒作用。呈現(xiàn)所有三種轉基因活性的獨立系表現(xiàn)出生物量的統(tǒng)計學顯著的增加(例如GMK3)，而其他則大于親本GO-MS植物但仍然小于野生型(例如GMK9)。如表1所示，與野生型比較，GMK3植物表現(xiàn)出增大的蓮座叢直徑和更多葉子數(shù)量，以及增加了35-40%的干重。當所有的系生長在非光呼吸條件(CO2濃度為2000ppm)下時，觀察到可忽略的表型差異(圖3和表1)。很明顯，對RubisCO的加氧酶反應的抑制導致葉綠體內乙醇酸產量降低，并因此導致乙醛酸和H2O2水平降低。值得注意的是，單獨MS和KatE過表達的系在所有測試條件下的表現(xiàn)都與野生型類似(未示出)。然后我們評價了轉化體在光照階段末段積聚光合終產物的能力。用GC-MS測定蔗糖和單糖葡萄糖和果糖。在環(huán)境CO2且沒有脅迫的情況下，GO-MS植物積聚較少的蔗糖，而GMK系表現(xiàn)出與野生型相當?shù)乃健ｋm然GO-MS植物中葡萄糖和果糖的積聚與野生型相比沒有差異，但是GMK系的葡萄糖和果糖水平高于野生型的水平。在暴露于高度光照六小時后，GO-MS植物的所有這些代謝物都降低，而GMK系積聚了這些光同化產物(表2)。同樣，在正常光照條件下，GO-MS轉化體積聚了更少的過渡淀粉(也見于其親本GO系中)，而GMK植物恢復了與野生型一樣的積聚淀粉的能力(圖4A)。當在高CO2濃度下生長時，在所有系中觀察到相似的高水平淀粉積聚。(圖4B)。有趣的是，當這些系在正常條件下生長，然后轉移到高度光照條件下7天時，GMK3植物象野生型一樣積聚淀粉，而GO、GO-MS和GMK9轉基因系則喪失了這種能力(圖4D)。與這些結果一致，GO、GO-MS和GMK9系對高度光照處理表現(xiàn)出強烈的變黃和氧化損傷(圖4D)。實施例12GMK植物增強的CO2同化作用和降低的光呼吸為了評價轉基因植物的光合性能，在不同的基因型中測定了葉綠素熒光、氣體交換和對13C的辨別力(碳同位素比例，δ130。與野生型相比，GO植物的電子傳遞率(ETR)減少了約25%，而GO-MS和GMK9植物的電子傳遞率則與野生型類似(表3)。在GMK3植物中，其ETR比野生型增強了26%(表3)。FV/FM比例表明，在正常條件下生長的7周齡GO-MS和GMK植物的光系統(tǒng)II的最大量子效率沒有受到影響，而GO植物表現(xiàn)出輕微的不良影響(表3)。值得一提的是，較幼齡的GO植物總是呈現(xiàn)比其他系更低&Fv/Fm比例，這一事實與第一周生長過程中這些植物的更顯見表型的相關性良好(未示出)。另一方面，當植物暴露于高度光照六小時時，沒有觀察到GMK系與野生型Fv/Fm比例的差異，而在GO和GO-MS植物中觀察到強烈的光抑制(未示出)。用LICOR便攜光合作用儀對對照和表達整個通路的轉化體進行瞬時光合率測定(A，Umolm2。)。表3表明，GMK3系的光合率相對高于野生型，而GMK9的光合率與野生型相當。為了測定是否GMK3植物比其親本系具有更高的光合效率，進行了碳同位素分離研究。碳同位素比例測定提供了對植物在其整個生存期進行光合功能的整體觀察。如表3所示，當植物在正常條件下生長時，S13C對GMK3系的負面影響小于其對野生型的負面影響(GMK1系也得到了相似的結果)，這表明在這些植物中提高了羧基化效率和水利用率。不出所料，當植物在非光呼吸條件(2,OOOppmCO2,表3)下生長時，所有系的δ13C表現(xiàn)出無差異的趨勢。用GC-MS測定甘氨酸和絲氨酸水平，計算Gly/Ser比例作為整個光呼吸通路的通量的指標。在環(huán)境CO2濃度下，以及在正常或高度光照條件下，GMK系表現(xiàn)出比野生型低的甘氨酸含量(表3)。GO-MS植物在正常光照條件下的甘氨酸含量不變，但是在高度光照條件下表現(xiàn)出降低的甘氨酸水平(表3)。對于絲氨酸，在兩種測試光強度下，GMK植物都表現(xiàn)出比野生型低的水平，而GO-MS植物在正常光照下呈現(xiàn)野生型水平，在高度光照下呈現(xiàn)提高的絲氨酸水平(表3)。在正常光照條件下，所有系的Gly/Ser比例都相當，但是在高度光照六小時以后，轉基因系測得比野生型顯著更低的比例(表3)。在此光呼吸條件下孵育植物之后，由于甘氨酸的高度積聚，與正常光照條件相比，野生型的Gly/Ser比例提高了約150倍(表3)。對于GO-MS、GMK3和GMK9，僅僅分別提高了33、13和63倍(表3)。在這些植物中，GMK3植物由于其甘氨酸積聚很低，所以表現(xiàn)出最低的Gly/Ser比例。當在高CO2濃度下生長時，在這些系中沒有觀察到Gly/Ser比例的差別(表3)。表1:8周齡轉基因和野生型系的生長參數(shù)在短日照條件下，環(huán)境CO2濃度(A，380ppm)或高CO2濃度(E，2,OOOppm)中生長的植物的蓮座叢直徑(RD)、葉子數(shù)量(NL)和干重(DW)。表中列出的值為每次至少8個植株，重復兩次的平均值士標準誤。粗體字表示的值是指Student氏檢驗計算的與野生型的值有顯著性差異(P<0.05)。權利要求1.一種植物細胞，在其葉綠體中包括用于轉化乙醇酸為蘋果酸的酶活性。2.如權利要求1所述的植物細胞，在其葉綠體中包括具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽。3.如權利要求2所述的植物細胞，其中所述第一多肽由包含選自下組的核酸的第一多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo1中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo2中所示氨基酸序列的多肽的核酸；C.具有與SEQIDNo1中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸氧化酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo2中所示氨基酸序列至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸氧化酶活性。4.如權利要求2或3所述的植物細胞，其中所述第二多肽由包含選自下組的核酸的第二多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo3中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo4中所示氨基酸序列的多肽的核酸；C.具有與SEQIDNo3中所示的核苷酸序列具有至少40%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有蘋果酸合酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo4中所示氨基酸序列至少40%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有蘋果酸合酶活性。5.如權利要求2至4中任一項所述的植物細胞，其中所述第三多肽由包含選自下組的核酸的第三多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo5中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo6中所示氨基酸序列的多肽的核酸；C.具有與SEQIDNo5中所示核苷酸序列至少70%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有過氧化氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo6中所示氨基酸序列有至少50%同一性氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有過氧化氫酶活性。6.如權利要求1-5中任一項所述的植物細胞，其中所述第一多肽從異源多核苷酸表達。7.如權利要求6所述的植物細胞，其中所述異源多核苷酸包括如權利要求3中定義的核酸。8.如權利要求1-7中任一項所述的植物細胞，其中所述第二多肽從異源多核苷酸表達。9.如權利要求8所述的植物細胞，其中所述異源多核苷酸包括如權利要求4中定義的核酸。10.如權利要求1-9中任一項所述的植物細胞，其中所述第三多肽從異源多核苷酸表達。11.如權利要求10所述的植物細胞，其中所述異源多核苷酸包括如權利要求5中定義的核酸。12.如權利要求1所述的植物細胞，在其葉綠體中包括具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。13.如權利要求12所述的植物細胞，其中所述第一多肽由包含選自下組的核酸的第一多核苷酸編碼a.具有SEQIDNo7中所示核苷酸序列的核酸；b.編碼具有SEQIDNo8中所示氨基酸序列的多肽的核酸；C.具有與SEQIDNo7中所示核苷酸序列至少50%相同的核苷酸序列的核酸，其中所述核酸編碼具有乙醇酸脫氫酶活性的多肽；和d.編碼具有與SEQIDNo8中所示氨基酸序列有至少50%相同的氨基酸序列的多肽的核酸，其中所述多肽具有乙醇酸脫氫酶活性。14.如權利要求12或13所述的植物細胞，其中所述第二多肽由權利要求4中定義的第二多核苷酸編碼。15.如權利要求12-14中任一項所述的植物細胞，其中所述第一多肽從異源多核苷酸表達。16.如權利要求15所述的植物細胞，其中所述異源多核苷酸包括如權利要求13中定義的核酸。17.如權利要求12-16中任一項所述的植物細胞，其中所述第二多肽從異源多核苷酸表達。18.如權利要求17所述的植物細胞，其中所述異源多核苷酸包括如權利要求4中定義的核酸。19.如權利要求1-18中任一項所述的植物細胞，其中所述第一、第二和/或第三多肽包括葉綠體轉運肽。20.如權利要求1-19中任一項所述的植物細胞，其中所述植物細胞進一步包括NADP-蘋果酸酶和丙酮酸脫氫酶。21.如權利要求1-20中任一項所述的植物細胞，其中所述植物細胞與缺乏轉化乙醇酸為蘋果酸的酶活性的植物細胞相比，具有提高的CO2同化作用效率。22.如權利要求1-21中任一項所述的植物細胞，其中所述植物細胞是C3植物的細胞。23.一種植物，包括如權利要求1-22中任一項所述的植物細胞。24.如權利要求23所述的植物，其中所述植物與缺乏如權利要求1-22中任一項所述植物細胞的植物相比具有提高的CO2同化作用。25.如權利要求23或24所述的植物，其中所述植物與缺乏如權利要求1-22中任一項所述植物細胞的植物相比具有減弱的光呼吸。26.如權利要求23-25中任一項所述的植物，其中所述植物與缺乏如權利要求1-22中任一項所述植物細胞的植物相比具有提高的水利用率。27.如權利要求23-26中任一項所述的植物，其中所述植物與缺乏如權利要求1-22中任一項所述植物細胞的植物相比產生數(shù)量增加的葉。28.如權利要求23-27中任一項所述的植物，其中所述植物與缺乏如權利要求1-22中任一項所述植物細胞的植物相比具有提高的產量。29.—種種子，從如權利要求23-28中任一項所述的植物獲得。30.如權利要求29所述的種子，其中所述種子能夠產生如權利要求23-28中任一項所述的植物。31.一種生產轉基因植物或植物細胞的方法，所述轉基因植物或植物細胞與相應的非轉基因植物或植物細胞相比具有提高的水利用率，所述方法包括在所述轉基因植物或植物細胞的葉綠體中引入如權利要求2-11中任一項中定義的第一多肽、第二多肽和第三多肽，或如權利要求13-18中任一項中定義的第一多肽和第二多肽。32.—種生產轉基因植物或植物細胞的方法，所述轉基因植物或植物細胞與相應的非轉基因植物或植物細胞相比具有提高的產量，所述方法包括在所述轉基因植物或植物細胞的葉綠體中產生如權利要求2-11中任一項中定義的第一多肽、第二多肽和第三多肽，或如權利要求13-18中任一項中定義的第一多肽和第二多肽。33.根據權利要求31或32所述的方法，其中所述方法包括步驟a.向該植物的植物細胞中引入至少一個編碼所述多肽的異源多核苷酸；和b.從所述至少一個多核苷酸表達所述多肽。34.—種多核苷酸，以組合方式包括權利要求3中定義的核酸、權利要求4中定義的核酸和權利要求5中定義的核酸。35.一種多核苷酸，以組合方式包括權利要求13中定義的核酸和權利要求4中定義的核酸。36.一種載體，包括如權利要求34或35所述的多核苷酸。37.如權利要求36所述的載體，其中所述載體為表達載體。38.—種組合物，包括權利要求3中定義的第一多核苷酸、權利要求4中定義的第二多核苷酸和權利要求5中定義的第三核苷酸。39.一種組合物，包括權利要求13中定義的第一多核苷酸和權利要求4中定義的第二多核苷酸。40.如權利要求34或35所述的多核苷酸、如權利要求36或37所述的載體或如權利要求38或39所述的組合物用于賦予植物或植物細胞提高的水利用率。41.如權利要求34或35所述的多核苷酸、如權利要求36或37所述的載體或如權利要求38或39所述的組合物用于賦予植物或植物細胞提高的產量。全文摘要本發(fā)明涉及植物的農業(yè)生物學特性的改善。更具體來說，本發(fā)明涉及在其葉綠體中包含將乙醇酸轉化為蘋果酸的酶活性的植物細胞。優(yōu)選所述植物細胞包括具有乙醇酸氧化酶活性的第一多肽、具有蘋果酸合酶活性的第二多肽和具有過氧化氫酶活性的第三多肽；或者具有乙醇酸脫氫酶活性的第一多肽和具有蘋果酸合酶活性的第二多肽。本發(fā)明還涉及包含上述植物細胞的植物，以及可從該植物獲得的種子。本發(fā)明進一步涉及制備具有提高的水利用效率或提高的產量的轉基因植物或植物細胞的方法。本發(fā)明涉及包含編碼上述多肽的核酸的組合的多核苷酸以及包含該多核苷酸的載體，和它們的應用。文檔編號A01H5/00GK102016012SQ200980113960公開日2011年4月13日申請日期2009年2月20日優(yōu)先權日2008年2月21日發(fā)明者U-I·弗盧格,V·G·莫里諾申請人:科隆大學