具有增強的產量相關性狀的植物和用于產生該植物的方法
【專利說明】具有增強的產量相關性狀的植物和用于產生該植物的方法
[0001] 本申請是申請日為2010年8月11日、發明名稱為"具有增強的產量相關性狀 的植物和用于產生該植物的方法"的中國專利申請201080046942. 3 (國際申請號PCT/ EP2010/061657)的分案申請。
[0002] 發明一般地涉及分子生物學領域并且涉及用于通過調節植物中編碼FSMl樣（果 實Sant/Myb)多肽的核酸表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發明還涉及具有編碼 FSMl樣多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對應野生型植物或其他對照植物 具有增強的產量相關性狀。本發明也提供用于本發明方法中的構建體。
[0003] 本發明一般地涉及分子生物學領域并且涉及用于通過調節植物中編碼PIF3樣 (植物光敏素相互作用因子）多肽的核酸的表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發 明還涉及具有編碼PIF3樣多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對應野生型 植物或其他對照植物具有增強的產量相關性狀。本發明也提供用于本發明方法中的構建 體。
[0004] 本發明一般地涉及分子生物學領域并且涉及用于通過調節植物中編碼尿卟啉原 III脫羧酶（UROD)多肽的核酸表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發明還涉及具有 編碼UROD多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對應野生型植物或其他對照 植物具有增強的產量相關性狀。本發明也提供用于本發明方法中的構建體。
[0005] 本發明一般地涉及分子生物學領域并涉及用于增強植物中多種經濟重要的產量 相關性狀的方法。更具體地，本發明涉及用于通過調節植物中編碼AS_MTT(非生物脅迫膜 系留轉錄因子）多肽的核酸的表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發明也涉及具有 編碼AS-MTT多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對照植物具有增強的產量 相關性狀。本發明也提供包含編碼AS-MTT的核酸的構建體，其用于開展本發明的方法。
[0006] 本發明一般地涉及分子生物學領域并且涉及用于通過調節植物中編碼EX0-1多 肽的核酸表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發明還涉及具有編碼EX0-1多肽的核 酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對應野生型植物或其他對照植物具有增強的產量 相關性狀。本發明也提供用于本發明方法中的構建體。
[0007] 本發明一般地涉及分子生物學領域并且涉及用于通過調節植物中編碼YiAP2(增 加產量的Apetala2)多肽的核酸表達而增強植物中產量相關性狀的方法。本發明還涉及具 有編碼YiAP2多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對應野生型植物或其他對 照植物具有增強的產量相關性狀。本發明也提供用于本發明方法中的構建體。
[0008] 持續增長的世界人口和農業用可耕地供應萎縮刺激了有關增加農業效率的研究。 常規的作物及園藝學改良手段利用選擇育種技術以鑒定具有受歡迎特性的植物。然而，此 類選擇育種技術具有幾個缺陷，即這些技術一般耗費很多勞動并且產生這樣的植物，其經 常含有異源性遺傳組分，其可能不總是導致從親代植物中傳遞的所希望性狀。分子生物學 進展已經允許人類改良動物及植物的種質。植物的遺傳工程使得可以分離和操作遺傳物質 (一般處于DNA或RNA形式）并且隨后導入該遺傳物質至植物中。此類技術具有產生具備 多種經濟學、農學或園藝學改良性狀的作物或植物的能力。
[0009] 具有特殊經濟意義的性狀是增加的產量。產量通常定義為來自作物的經濟價值的 可測量結果。該結果可以就數量和/或品質方面進行定義。產量直接取決于幾個因素，例 如器官的數目和大小、植物構造（例如枝的數目）、種子產生、葉衰老等。根發育、養分攝入 量、脅迫耐受性和早期萌發勢（early vigor)也可以是決定產量的重要因素。優化前述因 素因而可以對增加作物產量有貢獻。
[0010] 種子產量是特別重要的性狀，因為眾多植物的種子對人與動物營養是重要的。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，無論通過直接消費種子本 身或通過消費基于加工的種子而產生的肉產品。作物也是糖、油及工業加工中所用眾多類 型代謝物的來源。種子含有胚（新苗和新根的起源）和胚乳（萌發期間及幼苗早期生長期 間用于胚生長的營養來源）。種子發育涉及多種基因并且需要代謝物從根、葉和莖轉移至正 在生長的種子中。胚乳尤其同化糖類、油和蛋白質的代謝前體并且將它們合成為貯藏大分 子以灌滿籽粒。
[0011] 對于眾多作物的另一個重要性狀是早期萌發勢。改進早期萌發勢是現代稻育種計 劃在溫帶和熱帶稻品種上的重要目標。長根在水栽稻中對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，較長的苗 與萌發勢相關。在實施條播的情況下，較長的中胚軸和胚芽鞘對于良好出苗是重要的。將 早期萌發勢人工改造到植物內的能力將在農業中是極其重要的。例如，不良的早期萌發勢 已經限制了基于玉米帶種質（Corn Belt germplasm)的玉米（Zea mayes L.)雜種在歐洲 大西洋地區的引種。
[0012] 又一個重要性狀是改進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，對于大多數主要作物植物而言降低平均產量超過50 % (Wang等，Planta 218, 1-14, 2003)。非生物脅迫可以由干旱、鹽度、極端溫度、化學毒性和氧化脅迫引起。提 高植物對非生物脅迫耐受性的能力將在世界范圍對農民是極大經濟優勢并且會允許在不 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] 作物產量因而可以通過優化前述因素之一而增加。
[0014] 取決于最終用途，對某些產量性狀的改良可能優先于其它產量性狀。例如對于應 用如飼料或木材生產或生物燃料資源而言，增加植物營養體部分可能是希望的，而對于應 用如面粉、淀粉或油生產而言，增加種子參數可能是尤其希望的。即便在種子參數當中，某 些參數可以更優先于其它參數，這取決于應用。多種機制可以對增加種子產量有貢獻，無論 形式為增加的種子大小或是增加的種子數目。
[0015] 增加植物中產量（種子產量和/或生物量）的一種方法可以是通過調節植物的內 在生長機制如細胞周期或參與植物生長或參與防御機制的多種信號途徑。
[0016] 現在已經發現，可以通過調節植物中編碼FSMl樣（果實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 生物脅迫膜系留轉錄因子）多肽、或EX0-1 (目的蛋白）多肽或YiAP2多肽的核酸表達而改 善植物中多種產量相關性狀。
[0017] 背景
[0018] L FSMl 樣（果實 Sant/Myb)多妝
[0019] FSMl樣蛋白是以存在SANT/MYB結構域為特征的轉錄因子。它們首先在番茄（Barg 等人，Planta 221,197-211,2005)中被描述；并且據報道地參與花對稱性的決定（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域中表達，在那里它與CYC和 DICH相互作用以控制花非對稱性（Baxter等人，Plant J. 52, 105-113, 2007)。番茄FSMl 在極早發育階段期間在果實中表達。番茄fsml在擬南芥屬植物中的異位表達導致表現為 生長遲滯的嚴重發育改變，并且減少番茄和擬南芥幼苗發育期間的頂端優勢（Barg等人， 2005)。
[0020] 2. PIF3樣（植物光敏素相互作用因子3)多肽
[0021] 植物光敏素是調節植物對紅光（R)和遠紅光（FR)反應的二聚體色蛋白。擬南芥 (Arabidopsis thaliana)基因組編碼5種光敏色素載脂蛋白：1型phyA介導對FR的反應， 并且II型phyB-phyE介導避蔭性和經典的R/FR可逆反應。展示了含有phyC或phyE的異 二聚體光敏色素在下胚軸長度、葉面積和開花時間的光調節過程中的作用。在紅光脈沖后， phyA、phyB、phyC和phyD在體內與PIF3 (植物光敏素相互作用因子3)堿性螺旋-環-螺 旋轉錄因子相互作用，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介導的途徑發揮作用（Clack等人，Plant Cell. 2009 年 3 月；21 (3) :786-99)。
[0022] 在擬南芥屬植物中，已經顯示PIF家族的成員直接或間接地控制光調節的基因表 達。PIF1、PIF3、PIF4和PIF5應答于光信號而降解，并且PIF3與光敏色素的物理相互作用 對于光誘導的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脫羧酶的晶體結構和底物結合模型。
[0027] Mohanty 等人，2006 (Pla