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)是申請(qǐng)日為2010年8月11日、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"的中國專利申請(qǐng)201080046942. 3 (國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/ EP2010/061657)的分案申請(qǐng)。
[0002] 發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并且涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼FSMl樣（果 實(shí)Sant/Myb)多肽的核酸表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有編碼 FSMl樣多肽的核酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng)野生型植物或其他對(duì)照植物 具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供用于本發(fā)明方法中的構(gòu)建體。
[0003] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并且涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼PIF3樣 (植物光敏素相互作用因子）多肽的核酸的表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā) 明還涉及具有編碼PIF3樣多肽的核酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng)野生型 植物或其他對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供用于本發(fā)明方法中的構(gòu)建 體。
[0004] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并且涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼尿卟啉原 III脫羧酶（UROD)多肽的核酸表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有 編碼UROD多肽的核酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng)野生型植物或其他對(duì)照 植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供用于本發(fā)明方法中的構(gòu)建體。
[0005] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并涉及用于增強(qiáng)植物中多種經(jīng)濟(jì)重要的產(chǎn)量 相關(guān)性狀的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼AS_MTT(非生物脅迫膜 系留轉(zhuǎn)錄因子）多肽的核酸的表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明也涉及具有 編碼AS-MTT多肽的核酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量 相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供包含編碼AS-MTT的核酸的構(gòu)建體，其用于開展本發(fā)明的方法。
[0006] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并且涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼EX0-1多 肽的核酸表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有編碼EX0-1多肽的核 酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng)野生型植物或其他對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量 相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供用于本發(fā)明方法中的構(gòu)建體。
[0007] 本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域并且涉及用于通過調(diào)節(jié)植物中編碼YiAP2(增 加產(chǎn)量的Apetala2)多肽的核酸表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具 有編碼YiAP2多肽的核酸的受調(diào)節(jié)表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)應(yīng)野生型植物或其他對(duì) 照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明也提供用于本發(fā)明方法中的構(gòu)建體。
[0008] 持續(xù)增長(zhǎng)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)改良手段利用選擇育種技術(shù)以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，其可能不總是導(dǎo)致從親代植物中傳遞的所希望性狀。分子生物學(xué) 進(jìn)展已經(jīng)允許人類改良動(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）并且隨后導(dǎo)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)改良性狀的作物或植物的能力。
[0009] 具有特殊經(jīng)濟(jì)意義的性狀是增加的產(chǎn)量。產(chǎn)量通常定義為來自作物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的 可測(cè)量結(jié)果。該結(jié)果可以就數(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、脅迫耐受性和早期萌發(fā)勢(shì)（early vigor)也可以是決定產(chǎn)量的重要因素。優(yōu)化前述因 素因而可以對(duì)增加作物產(chǎn)量有貢獻(xiàn)。
[0010] 種子產(chǎn)量是特別重要的性狀，因?yàn)楸姸嘀参锏姆N子對(duì)人與動(dòng)物營養(yǎng)是重要的。作 物如玉米、稻、小麥、油菜和大豆占超過一半的人類總熱量攝入，無論通過直接消費(fèi)種子本 身或通過消費(fèi)基于加工的種子而產(chǎn)生的肉產(chǎn)品。作物也是糖、油及工業(yè)加工中所用眾多類 型代謝物的來源。種子含有胚（新苗和新根的起源）和胚乳（萌發(fā)期間及幼苗早期生長(zhǎng)期 間用于胚生長(zhǎng)的營養(yǎng)來源）。種子發(fā)育涉及多種基因并且需要代謝物從根、葉和莖轉(zhuǎn)移至正 在生長(zhǎng)的種子中。胚乳尤其同化糖類、油和蛋白質(zhì)的代謝前體并且將它們合成為貯藏大分 子以灌滿籽粒。
[0011] 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) 劃在溫帶和熱帶稻品種上的重要目標(biāo)。長(zhǎng)根在水栽稻中對(duì)于正確土壤固定是重要的。在將 稻直接播種至被淹沒田地的情況下，以及在植物必須從水中迅速出苗的情況下，較長(zhǎng)的苗 與萌發(fā)勢(shì)相關(guān)。在實(shí)施條播的情況下，較長(zhǎng)的中胚軸和胚芽鞘對(duì)于良好出苗是重要的。將 早期萌發(fā)勢(shì)人工改造到植物內(nèi)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)限制了基于玉米帶種質(zhì)（Corn Belt germplasm)的玉米（Zea mayes L.)雜種在歐洲 大西洋地區(qū)的引種。
[0012] 又一個(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，Planta 218, 1-14, 2003)。非生物脅迫可以由干旱、鹽度、極端溫度、化學(xué)毒性和氧化脅迫引起。提 高植物對(duì)非生物脅迫耐受性的能力將在世界范圍對(duì)農(nóng)民是極大經(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)量性狀的改良可能優(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)體部分可能是希望的，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（種子產(chǎn)量和/或生物量）的一種方法可以是通過調(diào)節(jié)植物的內(nèi) 在生長(zhǎng)機(jī)制如細(xì)胞周期或參與植物生長(zhǎng)或參與防御機(jī)制的多種信號(hào)途徑。
[0016] 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)節(jié)植物中編碼FSMl樣（果實(shí)Sant/Myb)多肽、或PIF3 樣（植物光敏素相互作用因子3)多肽、或UROD(尿卟啉原III脫羧酶）多肽、或AS-MTT(非 生物脅迫膜系留轉(zhuǎn)錄因子）多肽、或EX0-1 (目的蛋白）多肽或YiAP2多肽的核酸表達(dá)而改 善植物中多種產(chǎn)量相關(guān)性狀。
[0017] 背景
[0018] L FSMl 樣（果實(shí) Sant/Myb)多妝
[0019] FSMl樣蛋白是以存在SANT/MYB結(jié)構(gòu)域?yàn)樘卣鞯霓D(zhuǎn)錄因子。它們首先在番茄（Barg 等人，Planta 221,197-211,2005)中被描述；并且據(jù)報(bào)道地參與花對(duì)稱性的決定（Corley 等人，Proc. Natl. Acad. Sci. 102, 5068-5073, 2005)。例如，RADIALIS 蛋白，一種在金魚草 屬（Antirrhinium)中的FSMl樣蛋白，在花分生組織的背部區(qū)域中表達(dá)，在那里它與CYC和 DICH相互作用以控制花非對(duì)稱性（Baxter等人，Plant J. 52, 105-113, 2007)。番茄FSMl 在極早發(fā)育階段期間在果實(shí)中表達(dá)。番茄fsml在擬南芥屬植物中的異位表達(dá)導(dǎo)致表現(xiàn)為 生長(zhǎng)遲滯的嚴(yán)重發(fā)育改變，并且減少番茄和擬南芥幼苗發(fā)育期間的頂端優(yōu)勢(shì)（Barg等人， 2005)。
[0020] 2. PIF3樣（植物光敏素相互作用因子3)多肽
[0021] 植物光敏素是調(diào)節(jié)植物對(duì)紅光（R)和遠(yuǎn)紅光（FR)反應(yīng)的二聚體色蛋白。擬南芥 (Arabidopsis thaliana)基因組編碼5種光敏色素載脂蛋白：1型phyA介導(dǎo)對(duì)FR的反應(yīng)， 并且II型phyB-phyE介導(dǎo)避蔭性和經(jīng)典的R/FR可逆反應(yīng)。展示了含有phyC或phyE的異 二聚體光敏色素在下胚軸長(zhǎng)度、葉面積和開花時(shí)間的光調(diào)節(jié)過程中的作用。在紅光脈沖后， phyA、phyB、phyC和phyD在體內(nèi)與PIF3 (植物光敏素相互作用因子3)堿性螺旋-環(huán)-螺 旋轉(zhuǎn)錄因子相互作用，并且這種相互作用是FR可逆的。因此，大部分或全部的I型和II 型光敏色素，包括異二聚體形式，似乎通過PIF介導(dǎo)的途徑發(fā)揮作用（Clack等人，Plant Cell. 2009 年 3 月；21 (3) :786-99)。
[0022] 在擬南芥屬植物中，已經(jīng)顯示PIF家族的成員直接或間接地控制光調(diào)節(jié)的基因表 達(dá)。PIF1、PIF3、PIF4和PIF5應(yīng)答于光信號(hào)而降解，并且PIF3與光敏色素的物理相互作用 對(duì)于光誘導(dǎo)的PIF3磷酸化和降解是必需的。（Castillon等人，Trands in Plant Science, 第12卷，第11期，2007年11月，第514-521頁）。
[0023] 1UR0D (尿卟啉原III脫羧酶）多肽_
[0024] 尿卟啉原III脫羧酶或UROD是參與尿卟啉原III轉(zhuǎn)化成糞卟啉原（血紅素或葉 綠素生物合成中的前體）的酶。酶促反應(yīng)如下：
[0025] 尿卟啉原-IIK = MC02+糞卟啉原III
[0026] Martins 等人，2001 (The Journal of Biological Chemistry 第 276 卷，第 47 期，11月23日發(fā)行，第44108-44116頁）描述了來自煙草（Nicotiana tabacum)的尿卩卜啉 原-III脫羧酶的晶體結(jié)構(gòu)和底物結(jié)合模型。
[0027] Mohanty 等人，2006 (Pla