具有叢生生長(zhǎng)習(xí)性的三倍體西瓜植物的制作方法
【專利說(shuō)明】具有叢生生長(zhǎng)習(xí)性的三倍體西瓜植物 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及植物育種和植物改良領(lǐng)域。本發(fā)明提供新的雜交種西瓜植物和可以 生長(zhǎng)成這樣的植物的種子，所述植物具有"叢生"（"bush"）生長(zhǎng)習(xí)性（包含隱性"bush基 因"，稱為"b"）且其染色體組成為三倍體（2n = 3x = 33)。當(dāng)以正常的二倍體（2n = 2x = 22)花粉（可從授粉者獲取）對(duì)這些三倍體雜交種植物授粉時(shí)，這些植物生產(chǎn)出高質(zhì)量的 三倍體無(wú)籽果實(shí)。由于該三倍體雜交種植物具有叢生生長(zhǎng)習(xí)性，其具有短的最長(zhǎng)蔓藤（等 于或小于150厘米，更優(yōu)選等于或小于140厘米，特別是等于或小于100厘米）和短的節(jié)間 長(zhǎng)度，因此，相比于傳統(tǒng)的非叢生三倍體西瓜雜交種，這種植物能夠在田間以更高的密度種 植，從而導(dǎo)致相比于具有正常生長(zhǎng)習(xí)性（具有大于200或大于300厘米的平均最長(zhǎng)蔓藤長(zhǎng) 度）的三倍體雜交種，更高的每公頃果實(shí)產(chǎn)量。根據(jù)本發(fā)明的三倍體叢生植物的平均植物 直徑等于或小于300厘米，優(yōu)選280厘米，特別是等于或小于200厘米，而其它特征例如葉 片大小和果實(shí)大小與正常生長(zhǎng)型的三倍體西瓜植物類似。本發(fā)明還提供了自交二倍體叢生 西瓜植物（bb)和自交四倍體（2n = 4x = 44)叢生西瓜植物（bbbb)，它們分別用作父本和 母本，以生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的三倍體叢生雜交種西瓜植物（bbb)。此外，還提供可以從根據(jù)本 發(fā)明的三倍體叢生植物獲得的三倍體無(wú)籽果實(shí)、以及可以生長(zhǎng)出該三倍體叢生雜交種植物 的種子。還提供用于培育三倍體叢生雜交種的方法和用于栽培三倍體叢生雜交種的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 無(wú)軒西瓜（Citrullus lanatus (Thunb. )Matsum. And NaL )是通過(guò)使用來(lái)自二 倍體父本植物的花粉給四倍體母本植物的花授粉生產(chǎn)的。以二倍體花粉給四倍體花授粉 會(huì)導(dǎo)致三倍體的雜交種 Fl 種子（Kihara，1951，Proceedings Of American Society for Horticultural Science 58 :217-230 ;Eigsti 1971，Hort Science 6:1-2)。從這些 Fl 種 子生長(zhǎng)的三倍體雜交種植物是自交不育的，因?yàn)樗鼈冇捎谌旧w不平衡而產(chǎn)生不育的花粉 (Fehr，1987)。因此，需要以二倍體授粉者（pollenizer)對(duì)三倍體雜交種授粉來(lái)產(chǎn)生西瓜 果實(shí)。因此，將三倍體植物與授粉者植物間種來(lái)生產(chǎn)果實(shí)。授粉后，在三倍體雜交種植物上 產(chǎn)生的"無(wú)籽"果實(shí)不是真正無(wú)籽的，而是常常包含一些未發(fā)育的、蒼白小種子，這些種子是 可食用的。
[0004] 為了使結(jié)實(shí)達(dá)到最佳，需要充足活力的花粉。通常以每2-4株三倍體植物1株授 粉者的比率來(lái)種植植物。將二倍體植物和授粉者隔行種植（例如，1行授粉者和2-4行二倍 體），或在行內(nèi)間種（例如，在同一行中每2至3株三倍體植物間隔種植1株授粉者植物）， 或在三倍體行間的窄行中間種（見(jiàn)US 2006/0168701，表2)。優(yōu)選在授粉者植物上產(chǎn)生的 果實(shí)具有與三倍體雜交種上的果實(shí)不同的果皮樣式，以便容易地區(qū)分它們。
[0005] 關(guān)于無(wú)籽西瓜的生產(chǎn)，還存在一些問(wèn)題：例如四倍體母系（通過(guò)以秋水仙素處理 幼苗使染色體加倍）的生產(chǎn)，二倍體授粉者和三倍體母本植物之間的兼容性，以及三倍體 種子通常具有較厚的種皮而使其活力和發(fā)芽率降低。果實(shí)質(zhì)量和一致性也通常是一個(gè)問(wèn) 題，同樣由于以上要求導(dǎo)致的三倍體種子的高生產(chǎn)成本也是一個(gè)問(wèn)題。
[0006] 制備具有所需性狀的穩(wěn)定的四倍體自交母系并不簡(jiǎn)單，其并不像選擇一個(gè)好的二 倍體和使用例如秋水仙素處理來(lái)加倍染色體那樣簡(jiǎn)單。在獲得一些具有加倍染色體的細(xì)胞 和再生出植物后，需要多代的自花授粉（自交）以穩(wěn)定（固定）四倍體和消除不需要的染 色體畸變。
[0007] 通常使用具有較短蔓藤和/或較短節(jié)間的緊湊（或矮小）二倍體授粉者植物在 正常（非矮?。╇s交種三倍體母本上誘導(dǎo)無(wú)籽果實(shí)，和/或在授粉者植物自身上生產(chǎn)包含 種子的果實(shí)。例如，Side Kick(Harris Morin)品種作為授粉者用于正常雜交種三倍體的 果實(shí)生產(chǎn)（無(wú)籽）和/或授粉者的果實(shí)生產(chǎn)（有籽）。Side Kick是二倍體授粉者，其包 含純合隱性等位基因 hmbn (US 7, 314, 979B2)，該基因?qū)е赂嗟姆种Γǘ喾种Γ┖鸵虼烁?"緊湊的"二倍體授粉者植物。此外，純合hmbn hmbn植物的二倍體授粉者果實(shí)比正常果實(shí) 小（1.6kg，相比于正常二倍體的8. 98kg)。另一方面，通過(guò)以例如Side Kick的授粉者給 正常的雜交種三倍體授粉而產(chǎn)生的三倍體無(wú)籽果實(shí)為13-21鎊（5. 8-9. 5kg)的大的無(wú)籽果 實(shí)。HMBN緊湊型（hmbn hmbn)不如已知的二倍體矮小突變體（dw-1 dw-Ι，例如品種Bush Jubilee ;或dw-2dw_2,例如品種J86)緊湊，但比標(biāo)準(zhǔn)的二倍體類型（例如Allsweet)緊湊， 見(jiàn) US 7, 314, 979 中表 1 和 US 8, 034, 999 中表 1。HMBN 緊湊型（hmbn hmbn)的二次分枝 (平均為44. 9)比正常二倍體（平均為14. 7)或已知的矮小二倍體（平均為19. 3和7. 3) 的多得多，而其節(jié)間長(zhǎng)度（平均為4. 4厘米）比已知的矮小二倍體（平均為3. 4和4. 1厘 米）的長(zhǎng)，但比正常類型二倍體（平均為7. 2厘米）的短。
[0008] US 7, 164, 059描述了短蔓藤的二倍體授粉者及其用于給正常生長(zhǎng)習(xí)性（正常生 長(zhǎng)型）三倍體雜交種授粉的用途。該短蔓藤授粉者被描述為具有短于3英寸（短于7. 6厘 米）的平均節(jié)間長(zhǎng)度和/或小于1.8米的植物直徑。通過(guò)組合使用短蔓藤授粉者和正常習(xí) 性的三倍體，據(jù)說(shuō)每英畝可以多種植33 %至50%的三倍體（約每英畝2000株三倍體，加上 每英畝400至1200株二倍體授粉者；這相當(dāng)于每公頃4942株三倍體，加上每公頃988至 2965株二倍體授粉者）。
[0009] US 7, 115, 800描述了具有平均重量小于5. 4kg(3. 6至4. Okg)的無(wú)籽西瓜果實(shí)的 生產(chǎn)。使用"小的"自交四倍體和"小的"自交二倍體親本系生產(chǎn)該三倍體西瓜植物，其中 "小的"指果實(shí)大小而不是指植物的大小。生產(chǎn)小果實(shí)的該三倍體雜交種植物具有正常的生 長(zhǎng)型，其具有320厘米或更長(zhǎng)的蔓藤長(zhǎng)度或8厘米或更長(zhǎng)的節(jié)間長(zhǎng)度。
[0010] US 2008/0005814和US 2008163388描述了四倍體西瓜植物的開(kāi)發(fā)，所述四倍體 西瓜植物適合用作生產(chǎn)具有小的、無(wú)籽果實(shí)的三倍體雜交種的母本。該四倍體植物具有正 常的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)習(xí)性。當(dāng)以二倍體授粉者對(duì)其授粉時(shí)，產(chǎn)生小的果實(shí)（1.5至2. 5kg)。
[0011] US 2008/0244764描述了從二倍體Calsweet演變過(guò)來(lái)的正常生長(zhǎng)型的四倍體西 瓜株系。
[0012] US 2006/0168701和US 2003/0172414描述了用于給三倍體植物授粉由此引起三 倍體無(wú)籽果實(shí)坐果的二倍體授粉者（"超級(jí)授粉者"）。該授粉者具有比典型的二倍體授粉 者例如Sangria的表面積小5至12倍的葉片，能夠緊挨著正常類型三倍體雜交種生長(zhǎng)。授 粉者分枝濃密（花邊蔓藤（lacy vines)或開(kāi)放蔓藤（open vines))，降低了對(duì)空間、營(yíng)養(yǎng)和 光照的需求，使得更多的空間、營(yíng)養(yǎng)和光照用于三倍體雜交種植物。根據(jù)該專利申請(qǐng)，使用 該授粉者可以每英畝多生產(chǎn)25%至33%的無(wú)籽西瓜。
[0013] US 6, 355, 865B1描述了具有至少兩個(gè)以下特征的授粉者植物：（a)突出的果實(shí)表 型，（b)大量的雄性花，（c)持續(xù)開(kāi)花，（d)早花，和/或（e)改變了的植物形態(tài)和生長(zhǎng)習(xí)性， 具有更細(xì)長(zhǎng)的蔓藤。由于該二倍體授粉者更細(xì)長(zhǎng)和產(chǎn)生更多的花，可以按1 : 3至1 : 5 的比率（授粉者：三倍體雜交種）而不是通常的1 : 2的比率對(duì)其進(jìn)行種植。
[0014] 除了上述hmbn(多分枝）突變外，還描述了 4個(gè)其它基因，當(dāng)突變體等位基因以 純合形式存在時(shí)，這些基因在二倍體西瓜中導(dǎo)致矮小/緊湊植物習(xí)性。這些基因被命名為 dw-l，dw-ls(dw_l 的等位基因），dw_2和 dw_3(Guner和Wehner 2004，Hort Science 39(6): 1175-1182)。這些突變體中的一些已被用于生產(chǎn)矮小或短蔓藤二倍體授粉者，例如Bush Jubilee。
[0015] 然而，迄今還不能產(chǎn)生能夠生產(chǎn)高質(zhì)量無(wú)籽果實(shí)的三倍體叢生雜交種植物。
[0016] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有叢生生長(zhǎng)習(xí)性和生產(chǎn)高質(zhì)量無(wú)籽果實(shí)的三倍體雜 交種。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于生產(chǎn)這樣的三倍體雜交種植物和/或三倍體果實(shí)的 方法。
[0017] 相比于正常類型三倍體，例如Boston Fl或Fashion F1，叢生三倍體植物在田間占 較少的空間，能夠以相互和/或與授粉者更挨近的方式生長(zhǎng)。與非叢生（正常生長(zhǎng)習(xí)性） 西瓜三倍體雜交種例如Boston Fl或Fashion Fl相比，每公頃能夠種植的叢生三倍體植物 的數(shù)量為至少1. 5倍、1. 7倍、2倍、2. 5倍或甚至3倍。由于叢生三倍體植物的植物直徑減 小但不影響葉片大小或果實(shí)大小，因此可以實(shí)現(xiàn)每公頃較高的三倍體果實(shí)產(chǎn)量。與正常類 型的三倍體雜交種相比，使用根據(jù)本發(fā)明的三倍體叢生雜交種，每公頃生產(chǎn)的果實(shí)量為至 少約1. 25倍、優(yōu)選至少約1. 5倍。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，還提供了用于培育叢生三倍體西瓜植物（bbb)的方法，以及 用于在商業(yè)化無(wú)籽果實(shí)生產(chǎn)中栽培叢生三倍體西瓜植物的方法。
[0019] 本發(fā)明也涵蓋能夠生長(zhǎng)出三倍體叢生雜交種植物的種子，并涵蓋植物部分、體外 繁殖材料、細(xì)胞或組織培養(yǎng)物、收獲的果實(shí)等。
[0020] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供四倍體叢生植物和能夠生長(zhǎng)出這樣的四倍體叢 生植物的種子，以及該植物的植物部分（細(xì)胞、花粉、花藥、胚珠、花等）和體外繁殖材料。
[0021] 一般定義
[0022] 動(dòng)詞"包含"及其變化形式以其非限定性含義使用，意指包括該詞后面的條目，但 也不排除沒(méi)特定提及的條目。此外，以不定冠詞"a"或"an"提及元素時(shí)，不排除存在一個(gè) 以上元素的可能性，除非上下文清楚要求存在一個(gè)且僅一個(gè)所述元素。因此，不定冠詞"a" 或"an"通常意指"至少一個(gè)"，例如"a plant"也指幾個(gè)植物等。類似地，"a fruit"或 "a plant"也指果實(shí)和植物的復(fù)數(shù)。
[0023] 如本文中使用，術(shù)語(yǔ)"植物"包括整株植物或其任何部分或衍生物，所述部分或衍 生物優(yōu)選具有與其來(lái)源的植物相同的遺傳組成，例如植物器官（例如收獲的或未收獲的果 實(shí)，葉，花，花藥等）、植物細(xì)胞、植物原生質(zhì)體、能夠再生出整株植物的植物細(xì)胞組織培養(yǎng) 物、植物愈傷組織、植物細(xì)胞塊、植物外植體、幼苗、在植物中的完整的植物細(xì)胞、植物克隆 或微繁殖體，或