具有改良生長特性的植物及其制備方法技術

本發明專利技術一般涉及分子生物學領域，并且涉及改良植物生長特性的方法。更具體地，本發明專利技術涉及通過調節編碼細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)的植物核酸在植物中的表達和/或通過調節植物CDK蛋白質在植物中的活性來改良植物生長特性的方法，所述CDK蛋白質包含不同的基序或所述CDK核酸編碼這類蛋白質。本發明專利技術還涉及具有植物CDK核酸受調節的表達和/或植物CDK蛋白質受調節的活性的植物，所述CDK蛋白質包含不同的序列基序或所述核酸編碼這類蛋白質，并且該植物相對于相應的野生型植物具有改良的生長特性。本發明專利技術還涉及特定核酸序列、含有所述核酸序列的核酸構建體、載體和植物，所述核酸序列編碼具有上述植物生長改良活性的上述蛋白質。

【技術實現步驟摘要】
本申請是專利技術人于2007年5月31日提交的題為“”的中國專利申請200780020589.X的分案申請。本專利技術一般涉及分子生物學領域，并且涉及改良植物生長特性的方法。更具體地，本專利技術涉及通過調節編碼細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)的植物核酸在植物中的表達和/或通過調節植物CDK蛋白質在植物中的活性來改良植物生長特性的方法，所述CDK蛋白質包含不同的基序或所述CDK核酸編碼這類蛋白質。本專利技術還涉及具有植物CDK核酸受調節的表達和/或植物CDK蛋白質受調節的活性的植物，所述CDK蛋白質包含不同的序列基序或所述核酸編碼這類蛋白質，并且 該植物相對于相應的野生型植物具有改良的生長特性。本專利技術還涉及特定核酸序列、含有所述核酸序列的核酸構建體、載體和植物，所述核酸序列編碼具有上述植物生長改良活性的上述蛋白質。不斷增加的世界人口和逐漸減少的農用耕地供應迫使人們朝著提高農業效率的方向進行研究。傳統的作物和園藝學改良方法利用選育技術來鑒定具有期望性狀的植物。然而，此類選育技術有一些缺陷，即這些技術一般為勞動密集型的，而且產生的植物通常包含異質的遺傳組分，當這些異質的遺傳組分從親本植物傳遞時不一定總是產生期望的性狀。分子生物學的進展已經允許人類修飾動物和植物的種質。植物基因工程需要分離和操作遺傳物質(一般以DNA或RNA的形式)以及隨后將遺傳物質引入植物。這類技術能夠產生具有多種改良的經濟、農業或園藝性狀的作物或植物。一種具有特殊經濟利益的性狀是產量。產量通常定義為具有經濟價值的作物可測量產出。這可以以數量和/或質量的方式進行定義。作物產量受到植物或作物所經受的特定脅迫的影響。這些脅迫包括環境(非生物)脅迫(例如反常的高溫或低溫引起的溫度脅迫；營養缺陷引起的脅迫；缺水(干旱)引起的脅迫)和生物脅迫(其可由其他植物(種子)、害蟲和病原體引起)。不僅可以通過抗擊作物或植物所經受的一種或多種脅迫增加作物產量，還可以通過調節植物固有生長機制來增加作物產量。植物生物量為飼料作物如苜蓿、青貯谷物和干草的產量。在谷物作物中使用產量的許多替代參數。其中首要的是估算植物大小。根據物種以及發育階段的不同)可以通過許多方法測量植物大小，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、蓮座植物直徑、葉長、根長、根生物量、分蘗數和葉數。許多物種在給定的發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系而對這些有關大小的測量結果進行由此及彼的外推(如Tittonell等2005Agric Ecosys & Environl05:213)。早期發育階段的植物大小通常將與晚期發育階段的植物大小有關。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(Fasoula &Tollenaar 2005 Maydica50:39)。除了植物所具有的最初達到較大大小的微環境或遺傳優勢的潛在延續，此為其附加效應。植物大小和生長速率存在著強遺傳組件(如ter Steege等2005 Plant Physiologyl39:1078)，且迄今為止，種種多樣化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(Hittalmani等2003TheoreticalApplied Geneticsl07:679)。以這種方式，使用標準環境作為田地中作物在不同時間和地點所遭遇的多樣化動態環境的替代參數。收獲指數為種子產量與地上干重的比值，其在許多環境條件下相對穩定，因此在植物大小和谷物產量之間通常能夠獲得比較穩固的相關性(如RebetZke等2002CropScience42:739)。這些方法固有地聯系在一起，因為大多數谷物生物量取決于植物葉和莖當前或忙存的光合作用生產力(Gardener等 1985Physiology of Crop Plants.1owa StateUniversity Press,pp68_73)。因此,對植物大小的選擇,甚至是在發育早期階段的選擇，已經用作為未來潛在產量的指標(如Tittonell等2005Agric Ecosys &Environl05:213)。當測試遺傳差異對脅迫耐受性的影響時，溫室或植物培養室與田地相比具有固有的優勢:即能夠使土壤性能、溫度、水和營養的可用性以及光強度標準化。不過，因缺乏風力或昆蟲導致不良授粉，或由于空間不足以讓成熟根或冠層生長等等，對產量造成的這些人工局限性會限制這些控制環境在測試產量差異中的應用。因此，在培養室或溫室標準條件下測量早期發育階段的植物大小，是提供潛在遺傳產量優勢指標的標準方法。植物的固有生長機制以高度有序的事件順序存在，總稱為細胞周期。影響植物細胞周期(使用重組DNA技術或使用非重組手段)并且由此調節植物的多種生長特性的能力將在例如增強作物、植物育種、產生觀賞植物、樹木培植、園藝學、林學、藻類或植物的產生領域中具有多種應用(例如用作產生例如藥物、抗體或疫苗物質的生物反應器，或用于有機廢物的生物轉化的生物反應器或在高產量藻類和植物情況下用作燃料)。細胞周期進程是所有多細胞生物生長和發育的基礎并且對于細胞增殖至關重要。細胞周期的主要組件在酵母、哺乳動物和植物中高度保守。細胞周期通常被劃分為下列順序的時期:G0-G1-S-G2-M。DNA復制或合成通常發生在S期(“S”指DNA合成)，在M期發生染色體的有絲分離(“M”指有絲分裂)，以及介于其間的間期G1(DNA復制之前，此期間內細胞生長)和G2 (DNA復制之后的時期，此期間內細胞為分裂做準備)。在M期的最后步驟為胞質分裂之后完成細胞分裂 。已經退出細胞周期并且成為休眠的細胞稱為處于GO期。可以刺激這一期間的細胞重返細胞周期處于Gl期。在G1、G2和GO中的“G”代表“間期”。細胞周期進程的完成使每個子細胞在細胞分裂期間接受親本基因組的完整拷貝。細胞分裂由兩個主要的細胞周期事件控制，即DNA合成的起始和有絲分裂的起始。這些關鍵事件的每一轉換是由特定蛋白質復合物(涉及DNA復制和分裂)所代表的限制點控制。在G1/S邊界DNA合成需要的基因的表達由哺乳動物和植物細胞中E2F家族轉錄因子調節(W096/25494;MulIer 等人，Genes and Developmentl5, 267-285, 2001 ；DeVeylder等人，EMBOJ.21，13602-1368，2002)。通過E2F/Rb復合體整合信號并激活細胞周期基因的轉錄從而調節/引發進入細胞周期。由不同的異源二聚體絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的形成和激活驅動細胞周期不同時期之間的轉換以及由此的細胞周期進程，通常稱上述異源二聚體絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶為細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。激活這些激酶的先決條件是與特定細胞周期蛋白的物理締合，激活時機很大程度上依賴于細胞周期蛋白的表達。細胞周期蛋白結合引起所結合的CDK的N-末端葉片(lobe)的構象改變并促使復合體的定位和底物特異性。當與細胞周期蛋白締合時，單體CDK被激活并由此具有激酶活性。細胞周期蛋白水平在細胞周期中波動而因此代表確定CDK激活時機的主要因子。在細胞周期中含有細胞周期蛋白和CDK的這些復合體的周期性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
相對于相應的對照植物，改良植物生長特性的方法，其包括以下步驟：(a)在植物中導入至少一種選擇以下的核酸序列，所述核酸序列編碼細胞周期蛋白依賴性激酶：i)分離的核酸分子，如SEQ?ID?NO：1、51、45、47、49、53或55所示；ii)分離的核酸分子，其編碼如SEQ?ID?NO：2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸序列；iii)分離的核酸分子，作為遺傳密碼簡并性的結果，其序列能夠根據如SEQ?ID?NO：2、52、46、48、50、54或56所示的多肽序列推導出來；iv)分離的核酸分子，其編碼的多肽與(i)至(iii)的核酸分子所編碼的多肽的氨基酸序列具有至少80％的同一性；v)分離的核酸分子，其編碼如SEQ?ID?NO：2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸分子的同源物、衍生物或活性片段，所述同源物、衍生物或活性片段為植物來源，且有利地包含(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)基序；vi)編碼蛋白質的分離的核酸分子，所述蛋白質包含選自以下的氨基酸序列：aa)(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)RE；ab)(V/F/I)(L/I)HRD(L/M)K(P/S/T)(Q/N/S/G)N(L/I)L(V/L/I)；ac)(I/L)(G/N)(E/R)G(T/A)YG(V/I)V(Y/C)(R/K/S)(A/G/S)(R/L/T/I)(D/N)(K/R/E)(V/K/A/S/T/N)T(N/S/G)(E/K/Q)(T/L/I/K)(I/V)A(L/V/I)KK；ad)LK(I/L)(C/A)DFGL(A/S)R；ae)WYRAPE(L/I)L(L/F)(C/G)；af)GCI(F/M)AE(I/L/M)；以及ag)DLL(Q/N/S/R)(K/Q/R)(L/M)(L/F)(I/T/I/C)(F/Y/L)DP(T/E/D/R/S)(K/Q)RI；vii)分離的核酸分子或其互補物，其能夠與上述(i)至(iii)的核酸雜交，其中所述雜交序列或其互補物編碼有利地包含(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)基序的植物CDK蛋白質；viii)根據以上(i)至(iv)中任一項核酸的等位變體，所述等位變體編碼植物CDK；和ix)根據(iii)至(iv)中任一項核酸的備選剪接變體，所述備選剪接變體編碼有利地包含(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)基序的植物CDK蛋白質；(b)選擇相對于相應的對照植物具有改良的生長特性的植物。...

【技術特征摘要】
2006.06.08 EP 06115168.41.相對于相應的對照植物，改良植物生長特性的方法，其包括以下步驟: (a)在植物中導入至少一種選擇以下的核酸序列，所述核酸序列編碼細胞周期蛋白依賴性激酶: i)分離的核酸分子，如SEQID NO:1、51、45、47、49、53或55所示; ii)分離的核酸分子，其編碼如SEQID N0:2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸序列； iii)分離的核酸分子，作為遺傳密碼簡并性的結果，其序列能夠根據如SEQID N0:2、52、46、48、50、54或56所示的多肽序列推導出來； iv)分尚的核酸分子·,其編碼的多肽與(i)至(iii)的核酸分子所編碼的多肽的氨基酸序列具有至少80%的同一性； V)分離的核酸分子，其編碼如SEQ ID N0:2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸分子的同源物、衍生物或活性片段，所述同源物、衍生物或活性片段為植物來源，且有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序； vi)編碼蛋白質的分離的核酸分子，所述蛋白質包含選自以下的氨基酸序列:aa)(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)RE ；ab)(V/F/I) (L/I)HRD(L/M)K(P/S/T) (Q/N/S/G)N(L/I)L(V/L/I)；ac)(I/L)(G/N) (E/R)G(T/A)YG(V/I)V(Y/C)(R/K/S)(A/G/S)(R/L/T/I) (D/N) (K/R/E)(V/K/A/S/T/N) T (N/S/G) (E/K/Q) (T/L/I/K) (I/V)A(L/V/I)KK ；ad)LK(I/L)(C/A)DFGL(A/S)R ；ae)WYRAPE (L/I)L(L/F) (C/G)；af)GCI(F/M)AE(I/L/M);以及ag)DLL(Q/N/S/R)(K/Q/R)(L/M)(L/F)(I/T/I/C)(F/Y/L)DP(T/E/D/R/S)(K/Q)RI ； vii)分離的核酸分子或其互補物，其能夠與上述(i)至(iii)的核酸雜交，其中所述雜交序列或其互補物編碼有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序的植物CDK蛋白質； viii)根據以上(i)至(iv)中任一項核酸的等位變體，所述等位變體編碼植物CDK;和 ix)根據(iii)至(iv)中任一項核酸的備選剪接變體，所述備選剪接變體編碼有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序的植物 CDK 蛋白質； (b)選擇相對于相應的對照植物具有改良的生長特性的植物。2.權利要求1的方法，其中所述活性的調節通過引入植物來源的編碼CDK的核酸序列實現。3.權利要求1或2的方法，其中所述編碼CDK的核酸序列來自單子葉或雙子葉植物。4.權利要求1-3中任一項的方法，其中所述編碼細胞周期蛋白依賴性激酶的核酸序列來自物種稻、歐洲蕓苔、大豆、亞麻、玉蜀黍或向日葵。5.權利要求1-4中任一項的方法，其中所述編碼CDK的核酸序列與調節序列有效連接。6.權利要求1-5中任一項的方法，其中所述改良的植物生長特性是相對于相應的對照植物的增加的產量。7.權利要求1-6中任一項的方法，其中所述增加的產量為增加的種子產量。8.權利要求1-7中任一項的方法，其中所述增加的種子產量選自下列中的任一項或多項:(i)增加的種子重量；(ii)增加的種子總數；(iii)增加的飽滿種子數；(iv)增加的收獲指數。9.根據權利要求1-8中任一項的方法獲得的非繁殖植物部分或非繁殖植物細胞。10.相對于相應的對照植物，改良植物生長特性的方法，其包括以下步驟: (C)在植物中導入至少一種選擇以下的核酸序列，所述核酸序列編碼細胞周期蛋白依賴性激酶(=CDK): i)分離的核酸分子，如SEQID ΝΟ:1、51、45、47、49、53或55所示; ii)分離的核酸分子，其編碼如SEQID N0:2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸序列； iii)分離的核酸分子，作為遺傳密碼簡并性的結果，其序列能夠根據如SEQID NO:2、52、46、48、50、54或56所示的多肽序列推導出來； iv)分尚的核酸分子,其編碼的多肽與(i)至(iii)的核酸分子所編碼的多肽的氨基酸序列具有至少80%的同一性； V)分離的核酸分子，其編碼如SEQ ID NO:2、52、46、48、50、54或56所示的氨基酸分子的同源物、衍生物或活性片段，所述同源物、衍生物或活性片段為植物來源，且有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序； vi)編碼蛋白質的分離的核酸分子，所述蛋白質包含選自以下的氨基酸序列:aa)(P/N/A)(S/L/M/F)(T/S/R)(T/S/A)(L/I)RE ；ab)(V/F/I) (L/I)HRD(L/M)K(P/S/T) (Q/N/S/G)N(L/I)L(V/L/I)；ac)(I/L) (G/N) (E/R) G(T/A)YG(V/I)V(Y/C)(R/K/S)(A/G/S) (R/L/T/I) (D/N) (K/R/E)(V/K/A/S/T/N) T (N/S/G) (E/K/Q) (T/L/I/K) (I/V)A(L/V/I)KK ；ad)LK(I/L)(C/A)DFGL(A/S)R；ae)WYRAPE(L/I)L(L/F)(C/G)；af)GCI(F/M)AE(I/L/M);以及ag)DLL(Q/N/S/R)(K/Q/R)(L/M)(L/F)(I/T/I/C)(F/Y/L)DP(T/E/D/R/S)(K/Q)RI； vii)分離的核酸分子或其互補物，其能夠與上述(i)至(iii)的核酸雜交，其中所述雜交序列或其互補物編碼有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序的植物CDK蛋白質； viii)根據以上(i)至(iv)中任一項核酸的等位變體，所述等位變體編碼植物CDK;和 ix)根據(iii)至(iv)中任一項核酸的備選剪接變體，所述備選剪接變體編碼有利地包含(P/N/A) (S/L/M/F) (T/S/R) (T/S/A) (L/I)基序的植物 CDK 蛋白質； (d)選擇相對于相應的對照植物具有改良的生長特性的植物；以及 (e)在植物能夠生長和發育的條件下培養所述植物。11.權利要求10的方法,其中編碼細胞周期蛋白依賴性激酶的核酸序列來自植物。12.權利要求10或11的方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·亨克斯，C·達曼，
申請(專利權)人：巴斯福植物科學有限公司，
類型：發明
國別省市：