具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀的植物和用于產(chǎn)生該植物的方法
【專利說明】具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀的植物和用于產(chǎn)生該植物的方法
[0001] 本申請(qǐng)為2009年8月10日提交的，發(fā)明名稱為"具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀的植物 和用于產(chǎn)生該植物的方法"的PCT申請(qǐng)PCT/EP2009/060337的分案申請(qǐng)，所述PCT申請(qǐng)進(jìn)入 中國國家階段的日期為2011年4月19日，申請(qǐng)?zhí)枮?00980141466.0。
[0002] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域，并涉及在植物中增強(qiáng)多種經(jīng)濟(jì)上重要的產(chǎn)量 相關(guān)性狀的方法。更具體地，本發(fā)明渉及通討調(diào)節(jié)編碼bHLH9 (堿件-螺旋-環(huán)-螺旋鉬9) 多肽的核酸在植物中的表達(dá)而增強(qiáng)植物的產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有調(diào)節(jié)了 編碼bHLH9多肽之核酸的表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)照植物而言具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān) 性狀。本發(fā)明還提供可用于實(shí)施本發(fā)明方法的迄今為止未知的BHLH-9編碼核酸以及包含 該核酸的構(gòu)建體。
[0003] 此外，本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域，并涉及通過調(diào)節(jié)編碼MB1 (吸漲作用 可誘導(dǎo)的蛋白1，Imbibition-inducible1)多肽之核酸在植物中的表達(dá)來改善多種植物 生長特征的方法。本發(fā)明還涉及調(diào)節(jié)了編碼MB1多肽之核酸的表達(dá)的植物，所述植物相對(duì) 于對(duì)應(yīng)的野生型植物或其它對(duì)照植物而言具有改善的生長特征。本發(fā)明還提供可用于本發(fā) 明的方法的構(gòu)建體。
[0004] 此外，本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域，并涉及通過調(diào)節(jié)編碼P⑶樣（蝶呤 4-a-甲醇胺脫水酶-樣）蛋白之核酸序列在植物中的表達(dá)來改善多種植物生長特征的方 法。本發(fā)明還涉及具有調(diào)節(jié)了編碼PCD樣蛋白之核酸的表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng) 的野生型植物或其它對(duì)照植物而言具有改善的生長特征。本發(fā)明還提供可用于本發(fā)明的方 法的構(gòu)建體。
[0005] 此外，本發(fā)明一般地渉及分子牛物學(xué)領(lǐng)域，并渉及通過增加編碼2型假響應(yīng)調(diào)節(jié) 王(pseudoresponsexegulatortypePRR2)多肽之核酸序列在植物中的表達(dá)來增加多 種植物產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有增加的編碼PRR2多肽之核酸序列的表達(dá) 的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)照植物而言具有增加的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明還涉及核酸序列， 含有所述核酸序列的核酸構(gòu)建體、載體和植物。
[0006] 持續(xù)增長的世界人口和農(nóng)業(yè)用可耕地供應(yīng)萎縮刺激了有關(guān)增加農(nóng)業(yè)效率的研究。 常規(guī)的作物及園藝學(xué)改進(jìn)手段利用選擇育種技術(shù)來鑒定具有受歡迎特性的植物。然而，此 類選擇育種技術(shù)具有幾個(gè)缺陷，即這些技術(shù)一般耗費(fèi)很多勞動(dòng)并且產(chǎn)生這樣的植物，其經(jīng) 常含有異源性遺傳組分，這可能不總是導(dǎo)致從親代植物中傳遞所希望的性狀。分子生物學(xué) 進(jìn)展已經(jīng)允許人類改進(jìn)動(dòng)物及植物的種質(zhì)。植物的遺傳工程使得可以分離和操作遺傳物質(zhì) (一般處于DNA或RNA形式）并且隨后引入該遺傳物質(zhì)至植物中。此類技術(shù)具有產(chǎn)生具備 多種經(jīng)濟(jì)學(xué)、農(nóng)學(xué)或園藝學(xué)改進(jìn)性狀的作物或植物的能力。
[0007] 具有特殊經(jīng)濟(jì)意義的性狀是增加的產(chǎn)量。產(chǎn)量通常定義為作物產(chǎn)生的可測(cè)量的經(jīng) 濟(jì)價(jià)值。這可以就數(shù)量和/或品質(zhì)方面進(jìn)行定義。產(chǎn)量直接取決于幾個(gè)因素，例如器官的 數(shù)目和大小、植物構(gòu)造（例如枝的數(shù)目）、種子產(chǎn)生、葉衰老等。根發(fā)育、養(yǎng)分?jǐn)z入量、脅迫耐 性和早期萌發(fā)勢(shì)（earlyvigor)也可以是決定產(chǎn)量的重要因素。因此，優(yōu)化前述因素可以 對(duì)增加作物產(chǎn)量有貢獻(xiàn)。
[0008] 種子產(chǎn)量是特別重要的性狀，這是因?yàn)樵S多植物的種子對(duì)于人類和動(dòng)物營養(yǎng)而言 至關(guān)重要。諸如玉米、稻、小麥、蕓苔（canola)和大豆等作物占人類總卡路里攝取量的一半 以上，不論是通過種子本身的直接消耗，還是通過由加工的種子所飼養(yǎng)的肉類產(chǎn)品的消耗。 它們也是工業(yè)加工所用的糖類、油類和多類代謝物的來源。種子含有胚（新的苗和根的來 源）和胚乳（萌發(fā)和幼苗早期生長過程中胚生長的營養(yǎng)源）。種子的發(fā)育涉及許多基因，并 且需要代謝物自根、葉和莖轉(zhuǎn)移至正在生長的種子。特別是胚乳，同化糖類、油類和蛋白質(zhì) 的代謝前體，將其合成為貯存性高分子，以充盈籽粒。
[0009] 植物生物量為飼料作物如苜蓿、青貯谷物和干草的產(chǎn)量。在谷物作物中使用產(chǎn)量 的許多替代參數(shù)。其中首要的是估算植物大小。根據(jù)物種以及發(fā)育階段的不同，可以通過 許多方法測(cè)量植物大小,但是包括植物總干重、地上干重、地上鮮重、葉面積、莖體積、植物 高度、蓮座（rosette)直徑、葉長、根長、根生物量、分蘗數(shù)和葉數(shù)。許多物種在給定的發(fā)育 階段維持植物不同部分大小間的保守比。利用這些異速生長關(guān)系而對(duì)這些有關(guān)大小的測(cè) 量結(jié)果進(jìn)行由此及彼的外推（如Tittonell等2005AgricEcosys&Environ105:213)。 早期發(fā)育階段的植物大小通常將與晚期發(fā)育階段的植物大小有關(guān)。具有更大葉面積的 較大植物通常能夠比較小的植物吸收更多的光和二氧化碳，因此很可能在同期增重更多 (Fasoula&Tollenaar2005Maydica50:39)。除了植物所具有的最初達(dá)到較大大小的微 環(huán)境或遺傳優(yōu)勢(shì)的潛在延續(xù)，此為其附加效應(yīng)。植物大小和生長速率存在著強(qiáng)遺傳組分 (如terSteege等2005PlantPhysiology139:1078)，且迄今為止，種種多樣化基因型植 物在一種環(huán)境條件下的大小很可能與另一種環(huán)境條件下的大小有關(guān)（Hittalmani等2003 TheoreticalAppliedGenetics107:679)。以這種方式，使用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境作為田地中作物在 不同時(shí)間和地點(diǎn)所遭遇的多樣化動(dòng)態(tài)環(huán)境的替代參數(shù)。
[0010] 對(duì)于眾多作物的另一個(gè)重要性狀是早期萌發(fā)勢(shì)。改進(jìn)早期萌發(fā)勢(shì)是現(xiàn)代稻育種計(jì) 劃在溫帶和熱帶稻栽培品種上的一個(gè)重要目標(biāo)。長根在水栽稻中對(duì)于正確土壤固著是重要 的。在將稻直接播種至澇田的情況下，以及在植物必須從水中迅速出苗的情況下，較長的苗 與萌發(fā)勢(shì)相關(guān)。在實(shí)施條播（drill-seeding)的情況下，較長的中胚軸和胚芽鞘對(duì)于良好 的出苗是重要的。人工改造植物內(nèi)早期萌發(fā)勢(shì)的能力將在農(nóng)業(yè)中是極其重要的。例如，不 良的早期萌發(fā)勢(shì)已經(jīng)限制了基于玉米帶生殖質(zhì)（CornBeltgermplasm)的玉米（Zeamayes L.)雜種在歐洲大西洋地區(qū)的引種。
[0011] 收獲指數(shù)為種子產(chǎn)量與地上干重的比值，其在許多環(huán)境條件下相對(duì)穩(wěn)定，因此在 植物大小和谷物產(chǎn)量之間通常能夠獲得比較穩(wěn)固的相關(guān)性（如Rebetzke等2002Crop Science42:739)。這些過程固有地聯(lián)系在一起，因?yàn)楣任锷锪康拇蠖鄶?shù)取決于植物葉 和莖當(dāng)前或吧存的光合作用生產(chǎn)力（Gardener等1985PhysiologyofCropPlants.Iowa StateUniversityPress,第68-73頁）。因此，對(duì)植物大小的選擇，甚至是在發(fā)育早期階段 的選擇，已經(jīng)用作為未來潛在產(chǎn)量的指標(biāo)（如Tittonell等，2005，AgricEcosys&Environ 105:213)。當(dāng)測(cè)試遺傳差異對(duì)脅迫耐性的影響時(shí)，溫室或植物培養(yǎng)室環(huán)境與田地相比具有 固有的優(yōu)勢(shì)：即能夠使土壤性能、溫度、水和營養(yǎng)的可用性以及光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化。不過，因缺乏 風(fēng)力或昆蟲導(dǎo)致不良授粉，或由于空間不足以讓成熟根或株冠生長等等，對(duì)產(chǎn)量造成的這 些人工局限性會(huì)限制這些受控環(huán)境在測(cè)試產(chǎn)量差異中的應(yīng)用。因此，在培養(yǎng)室或溫室標(biāo)準(zhǔn) 條件下測(cè)量早期發(fā)育階段的植物大小，是提供潛在遺傳產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法。
[0012] 另一個(gè)重要性狀是改進(jìn)的非生物脅迫耐受性。非生物脅迫是世界范圍作物損失的 主要原因，對(duì)于大多數(shù)主要作物植物而言降低平均產(chǎn)量超過50% (Wang等、（2003)Planta 218:1-14)。非生物脅迫可以由干旱、鹽度、極端溫度、化學(xué)毒性、養(yǎng)分（大量元素和/或微 量元素）過?；蛘呷狈?、輻射和氧化脅迫引起。改進(jìn)植物對(duì)非生物脅迫耐受性的能力將在 世界范圍對(duì)農(nóng)民具有極大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)并且會(huì)允許在不利條件期間及在作物栽培否則是不 可能的陸地上栽培作物。
[0013] 作物產(chǎn)量因而可以通過優(yōu)化前述因素之一而增加。
[0014]取決于最終用途，對(duì)某些產(chǎn)量性狀的改進(jìn)可能優(yōu)先于其它產(chǎn)量性狀。例如對(duì)于應(yīng) 用如飼料或木材生產(chǎn)或生物燃料資源而言，增加植物營養(yǎng)體部分可能是期望的，而對(duì)于應(yīng) 用如面粉、淀粉或油生產(chǎn)而言，增加種子參數(shù)可能是尤其希望的。即便在種子參數(shù)當(dāng)中，某 些參數(shù)可以更優(yōu)先于其它參數(shù)，這取決于應(yīng)用。多種機(jī)制可以對(duì)增加種子產(chǎn)量有貢獻(xiàn)，無論 形式為增加的種子大小或是增加的種子數(shù)目。
[0015] 增加植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀（種子產(chǎn)量和/或生物量）的一種方法可以是通過修飾 植物的內(nèi)在生長機(jī)制，如細(xì)胞周期或參與植物生長或參與防御機(jī)制的多種信號(hào)途徑。
[0016] 關(guān)于bHLH9多肽，目前已發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)植物中編碼bHLH9(堿性-螺 旋-環(huán)_螺旋組9)多肽之核酸在植物中的表達(dá)，來改進(jìn)植物多種產(chǎn)量相關(guān)性狀。
[0017] 關(guān)于MB1多肽，目前已發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)植物中編碼MB1 (吸漲作