具有增強的產量相關性狀的植物及其制備方法技術

本發明專利技術一般地涉及分子生物學領域，涉及增強植物的多種經濟上重要的產量相關性狀的方法。更具體地，本發明專利技術涉及通過調節編碼POI(目的蛋白質)多肽的核酸在植物中的表達來增強產量相關性狀的方法。本發明專利技術還涉及具有經調節的POI多肽編碼核酸表達的植物，所述植物相對于對照植物具有增強的產量相關性狀。本發明專利技術還提供了可以用于實施本發明專利技術方法的新POI編碼核酸和包含該核酸的構建體。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節編碼磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1樣，PRPP合成酶)的核酸在植物中的表達來增強產量相關性狀的方法。本專利技術還涉及具有經調節的磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1樣，PRPP合成酶)編碼核酸表達的植物，所述植物相對于相應的野生型植物或其它對照植物具有增強的產量相關性狀。本專利技術還提供了可以用于本專利技術方法的構建體。
技術介紹
具有特別經濟利益的性狀涉及增加的產量。產量通常定義為作物的可測量的具有經濟價值的產出。這可以以數量和/或質量的方式進行定義。產量直接取決于若干因素，例如器官的數量和大小、植物構造(例如，分枝的數量)、種子生產和葉子衰老。根的發育、營養吸收、脅迫耐受性和早期活力也可以是決定產量的重要因素。因此優化上述因素可以促進作物產量的增加。在田間條件下，植物的性能，例如就生長、發育、生物量積累和種子產生而言，取決于植物對許多環境條件、變化和脅迫的耐受性和適應能力。農業生物技術專家使用幾個參數量度來指示轉基因對作物產量的潛在影響。對于飼料作物如苜蓿、青貯谷物和干草，植物生物量與總產量相關。然而，對于糧食作物，使用其它參數來估計產量，所述參數例如植物大小，其通過植物總干重和鮮重、地上和地下部分干重和鮮重、葉面積、莖體積、植物高度、葉長、根長、分蘗數和葉數來測量。早期發育階段時的植物大小通常將與發育后期的植物大小相關。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。對于植物大小和生長速率，存在著強遺傳組分，因此對于許多不同基因型，植物在一種環境條件下的大小很可能與另一種環境條件下的大小有關。由此，可以使用標準環境來近似于田間作物所遭遇到的多樣和動態環境。對一種非生物脅迫表現出耐受性的植物常對另一種環境脅迫表現出耐受性。這種交叉耐受的現象還沒有在機制水平上得到理解。盡管如此，可以合理地預期，由于表達轉基因而對低溫例如寒冷(chiling)溫度和/或冰凍(freezing)溫度表現出增強的耐受性的植物，也可以對干旱和/或鹽和/或其它非生物脅迫表現出耐受性。一些在植物中涉及脅迫反應、水分利用和/或生物量的基因已得到了表征。但是至今，成功培育具有提高的產量的轉基因作物仍受到限制。因此，需要鑒定這樣的基因，所述基因在過量表達或下調時，賦予對各種脅迫增加的耐受性和/或在最優和/或次優生長條件下提高的產量。現已發現，可通過調節POI(目的蛋白)多肽編碼核酸在植物中的表達來增加產量和改善植物的多種產量相關性狀。專利技術概述令人驚訝地，現已發現，調節磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1樣，PRPP合成酶)編碼核酸的表達可以產生相對于對照植物具有增強的產量和改善的產量相關性狀，特別是増加的枝條生物量和/或增加的根生物量的植物。根據ー個實施方案，本專利技術提供用于相對于對照植物改善植物產量相關性狀的方法，包括調節磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1樣，PRPP合成酶)的編碼核酸在植物中的表達。因此，依照本專利技術，可以利用本專利技術鑒定的基因，相對于對照植物以增強產量相關性狀，特別是増加的枝條生物量和/或増加的根生物量。増加的產量可以通過轉基因植物和它們合適的對照植物的田間試驗來確定。或者，可以在模式植物中，于最優的、受控制的 生長條件下確定轉基因增加產量的能力。可以通過測量下列表型之任一或任何組合，與對照植物進行比較來確定增加的產量性狀植物干燥的可收獲部分的產量、植物干燥的地上可收獲部分的產量、植物干燥的地下可收獲部分的產量、植物可收獲部分鮮重的產量、植物地上可收獲部分鮮重的產量、植物地下可收獲部分鮮重的產量、植物果實(新鮮的和干燥的)的產量、種子(新鮮的和干燥的)的產量、谷粒干重等等。植物増加的內在生產能力可以表現為其種子產量的提高(例如，増加的種子/谷粒大小、増加的穗數、増加的每穗種子數、種子飽滿度的改善、種子組成的改善等等)、其固有生長和發育的改變(例如，株高、植物生長速率、莢果數、節間數、開花時間、莢果落粒性、根瘤形成和固氮的效率、碳同化的效率、幼苗活力/早期活力的改善、增強的萌發效率、株型的改善、細胞周期的改變等等)。也可以改善產量相關性狀來增加植物對非生物環境脅迫的耐受性。非生物脅迫包括干早、低溫、鹽度、滲透脅迫、遮光、高植株密度、機械脅迫和氧化脅迫。可以進行監測來確定對非生物環境脅迫增強的耐受性的另外表型包括但不限干萎蔫、葉片褐變、膨壓、葉片或針葉的下垂或脫落、葉片或針葉的過早衰老、葉片或針葉中葉綠素的喪失和/或葉片發黃。任何上述產量相關表型均可以在田間試驗中在作物中監測，或在受控制的生長條件下在模式植物中監測，以證明轉基因植物對非生物環境脅迫具有増加的耐受性。定義多肽/蛋白質術語“多肽”和“蛋白質”在文中可互換使用，是指通過肽鍵連接起來的、任意長度的氨基酸的聚合物。多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列術語“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在文中可互換使用，是指任何長度的無支鏈形式的核苷酸聚合物，所述核苷酸可以為核糖核苷酸或脫氧核糖核苷酸或者兩者的組合。同源物蛋白質的“同源物”包括肽、寡肽、多肽、蛋白質和酶，其相對于所討論的未修飾蛋白質具有氨基酸取代、缺失和/或插入，并且與其源自的未修飾蛋白質具有相似的生物活性和功能活性。缺失是指從蛋白質中除去一個或多個氨基酸。插入是指在蛋白質的預定位置引入一個或多個氨基酸殘基。插入可以包括N-末端和/或C-末端融合，以及單個或多個氨基酸的序列內插入。一般，氨基酸序列內的插入將小于N-或C-末端的融合，約I到10個殘基左右。N-或C-末端融合蛋白或肽的實例包括在酵母雙雜交系統中應用的轉錄激活因子的結合結構域或激活結構域、噬菌體外殼蛋白、(組氨酸)-6-標簽、谷胱甘肽S-轉移酶標簽、蛋白質A、麥芽糖結合蛋白、ニ氫葉酸還原酶、Tag · 100表位、c-myc表位、FL1 AG .表位、IacZ、CMP (I丐調蛋白結合肽)、HA表位、蛋白質C表位和VSV表位。取代是指蛋白質中的氨基酸用具有相似特性(如相似的疏水性、親水性、抗原性、形成或打破α螺旋結構或β片層結構的傾向)的其它氨基酸替換。氨基酸取代一般是單殘基的取代，但是視施加于多肽上的功能性限制而定也可以是成簇取代，并且可以是I到10個氨基酸；插入通常在大約I到10個氨基酸殘基的數量級。氨基酸取代優選為保守氨基酸取代。保守取代表在本領域公知(參見例如Creighton (1984)Proteins, ff. H. Freemanand Company (編輯)和下表I)。表I :保守氨基酸取代的實例本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.22 EP 10157199.0;2010.03.22 US 61/316,0121.用于相對于對照植物增強植物產量相關性狀的方法，包括調節編碼多肽的核酸分子在植物中的表達，其中所述多肽包含至少一個以下結構域Interpro結構域IPR000842、Interpro 結構域 IPR000836 和 Interpro 結構域 IPR005946。2.根據權利要求I的方法，其中所述多肽包含以下基序之一或多個基序 I (SEQ ID NO: 32): IKRFADGEIYVQLQESVRGCDV [FY] L [VL] QPTC [PT] P [AT] NENLMELUM [IV] DACRRA ；基序 2 (SEQ ID NO: 33):FAKKLSDAPLAIVDKRRHGHNVAEVMNLI⑶V[KR]GKVA[VI]MVDDMIDTAGTI ；或基序 3a(SEQ ID NO:35):H[QE]EGAREVYAC[CT]THAVFSPPAI ERLSSGL[FL]QEVI[IV]TNT[IL]P[VL][AS]EKN[HY]FPQL。3.根據權利要求I或2的方法，其中所述調節的表達通過向植物中引入和表達編碼磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1樣，PRPP合成酶)的核酸分子來實現。4.根據權利要求I至3之任一的方法，其中所述多肽由包含選自以下的核酸分子的核酸編碼 (i)SEQID N0:l、3、5、7、9、ll、13、15、17、19、21、23、25 或 27 (之任一)所示的核酸; (ii)SEQID N0:l、3、5、7、9、ll、13、15、17、19、21、23、25 或 27 (之任一)所示的核酸的互補序列； (iii)編碼SEQ ID NO: 2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24 或 26 (之任一)所示的多肽的核酸，優選地由于遺傳密碼的簡并性，所述分離的核酸可以自SEQ ID N0:2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或26 (之任一)所示的多肽序列得到，且更優選地賦予相對于對照植物增強的產量相關性狀； (iv)按照遞增的優選次序與SEQ ID N0:l、3、5、7、9、ll、13、15、17、19、21、23、25 或27 的任何核酸序列具有至少 30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98% 或 99%的序列同一性，且更優選地賦予相對于對照植物增強的產量相關性狀的核酸； (v)在嚴緊雜交條件下與(i)至(iv)的核酸分子雜交并優選賦予相對于對照植物增強的產量相關性狀的核酸分子；或 (vi)編碼所述多肽的核酸，所述多肽按照遞增的優選次序與SEQID N0:2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或26 (之任一)所示的氨基酸序列具有至少50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的序列同一性，且優選地賦予相對于對照植物增強的產量相關性狀。5.根據任何前述權利要求的方法，其中所述增強的產量相關性狀包括相對于對照植物增加的產量，優選增加的生物量，更優選增加的枝條生物量和/或增加的根生物量。6.根據權利要求I至5之任一的方法，其中在非脅迫條件下獲得所述增強的產量相關性狀。7.根據權利要求I至5之任一的方法，其中在干旱脅迫、鹽脅迫或缺氮的條件下獲得所述增強的產量相關性狀。8.根據權利要求I至7之任一的方法，其中所述編碼POI的核酸是植物來源的，優選來自雙子葉植物，再優選來自雙子葉喬木，更優選來自楊屬(Populus),最優選來自毛果楊(Populus trichocarpa)。9.根據權利要求I至8之任一的方法，其中所述編碼POI的核酸編碼表A中所列多肽之任一，或是這樣的核酸的部分，或是能夠與這樣的核酸的互補序列雜交的核酸。10.根據權利要求I至9之任一的方法，其中所述核酸序列編碼表A中給出的任何多肽的直向同源物或旁系同源物。11.根據權利要求I至10之任一的方法，其中所述核酸序列編碼SEQID NO:2所示的多肽。12.根據權利要求I至11之任一的方法，其中所述核酸有效地連接到組成型啟動子，優選連接到中等強度組成型啟動子，優選連接到植物啟動子，更優選連接到G0S2啟動子，最優選連接到來自稻的G0S2啟動子。13.可以通過根據權利要求I至12之任一的方法獲得的植物、其植物部分，包括種子，或植物細胞，其中所述植物、植物部分或植物細胞包含編碼如權利要求1、2、3、4、8、9、10、11或12之任一中所定義的POI多肽的重組核酸。14.分離的核酸分子，其選自 (i)具有SEQID NO: I的序列的核酸分子； (ii)SEQID NO: I所不的核酸分子的互補序列； (iii)編碼具有SEQID NO:2的序列的多肽的核酸分子，優選地由于遺傳密碼的簡并性，所述分離的核酸分子可以自SEQ ID N0:2所示的多肽序列得到，且更優選地賦予相對于對照植物增強的產量相關性狀； (iv)核酸分子，其按照遞增的優選次序與SEQID NO: I的核酸分子序列具有至少30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·范德納比利，
申請(專利權)人：巴斯夫植物科學有限公司，
類型：
國別省市：