具有增強的產量相關性狀的植物及其制備方法
【專利說明】
[0001] 本申請為2010年4月27日提交的、發明名稱為"具有增強的產量相關性狀的植物 及其制備方法"的PCT申請PCT/EP2010/055579的分案申請，所述PCT申請進入中國國家階 段的日期為2011年12月28日，申請號為201080028956. 2。
技術領域
[0002] 本發明一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節編碼C3H樣多肽的核酸在植物 中的表達來增強植物中多種產量相關性狀的方法。本發明還涉及具有經調節的C3H樣多肽 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他對照植物具有增強的產量 相關性狀。本發明還提供了可以用于本發明方法的構建體。
[0003] 本發明一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節編碼SPATULA樣（SPT)多肽的 核酸在植物中的表達來增強多種產量相關性狀的方法。本發明還涉及具有經調節的SPT樣 多肽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他對照植物具有增強的 產量相關性狀。本發明還提供了可以用于本發明方法的構建體。
[0004] 本發明一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節編碼IDI2(缺鐵誘導2, Iron Deficiency Induced 2)多肽的核酸在植物中的表達來改善多種植物生長特性的方法。本 發明還涉及具有經調節的IDI2多肽編碼核酸表達的植物，所述植物相對于相應的野生型 植物或其他對照植物具有改善的生長特性。本發明還提供了可以用于本發明方法的構建 體。
[0005] 本發明一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節eIF4F樣蛋白質復合物在植物 中的活性來改善多種植物生長特性的方法。本發明還涉及具有經調節的eIF4F樣蛋白質復 合物的活性的植物，所述植物相對于相應的野生型植物或其他對照植物具有增強的生長特 性。本發明還提供了可以用于本發明方法的構建體。
[0006] 本發明一般地涉及分子生物學領域，涉及通過調節編碼GR-RBP(富甘氨酸RNA結 合蛋白，Glycine Rich-RNA Binding Protein)多肽的核酸在植物中的表達來改善多種植 物生長特性的方法。本發明還涉及具有經調節的GR-RBP多肽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他對照植物具有改善的生長特性。本發明還提供了可以用 于本發明方法的構建體。
【背景技術】
[0007] 不斷增長的世界人口和逐漸減少的農業可用耕地推動了提高農業效率研宄之勢。 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特征的植物。然而，此類選育 技術有若干缺陷，即這些技術一般為勞動密集型的，而且產生的植物通常含有異質的遺傳 組分，這些異質的遺傳組分可能不總是導致期望的性狀自親本植物傳遞。分子生物學的進 展已經使人類能夠修飾動物和植物的種質。植物遺傳工程需要分離和操作遺傳物質（一般 為DNA或RNA的形式）以及隨后將遺傳物質引入植物。此類技術有能力輸送具有多種改良 的經濟、農業或園藝性狀的作物或植物。
[0008] 具有特別經濟利益的性狀是增加的產量。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、葉子衰老等等。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。
[0009] 種子產量是特別重要的性狀，這是因為許多植物的種子對于人類和動物營養而言 至關重要。諸如玉米、稻、小麥、蕓苔（canola)和大豆等作物占人類總卡路里攝取量的一半 以上，或是通過對種子本身的直接消耗，或是通過對飼養自加工的種子的肉類產品的消耗。 它們也可以是工業加工中所用的糖類、油類和多類代謝物的來源。種子含有胚（新的枝條 和根的來源）和胚乳（萌發期和幼苗早期生長過程中胚生長的營養源）。種子的發育涉及 許多基因，并且需要代謝物自根、葉和莖轉移至正在生長的種子。特別是胚乳可以同化糖 類、油類和蛋白質的代謝前體，將其合成為貯存高分子，以充盈籽粒。
[0010] 對于許多作物而言，另一重要的性狀是早期活力。提高早期活力是溫帶和熱帶稻 類栽培種的現代稻類育種項目的重要目標。長根對于水栽稻的土壤錨固至關重要。在直接 向澇地里播種稻米的情況下，以及在植物必須迅速透水出苗的情況下，較長的枝條均與活 力有關。在進行條播的情況下，較長的中胚軸和胚芽鞘對于優良的出苗至關重要。改造植 物早期活力的能力在農業上將具有極其重要的意義。例如，一直以來早期活力弱限制了在 歐洲大西洋地區引入基于玉米帶種質的玉米（玉蜀黍，Zea mays L.)雜交種。
[0011] 再一重要的性狀為提高的非生物脅迫耐受性。非生物脅迫是全世界 作物損失的主要原因，使大多數主要作物植物平均產量降低50 %以上（Wang 等，Planta(2003) 218:1-14)。非生物脅迫可以因為干旱、鹽度、極端溫度、化學毒性、營養 物（大量元素和/或微量元素）的過剩或不足、輻射及氧化脅迫引起。提高非生物脅迫植 物耐受性的能力將對全世界農場主帶來重大的經濟利益，并將使人們能夠在否則將不可能 進行作物栽培的地區和不利條件下進行作物栽培。
[0012] 因此通過優化上述因素之一可以增加作物產量。
[0013] 視最終用途而定，對某些產量性狀的修飾可能優于對其他產量性狀的修飾。例如， 對于諸如飼料或木材生產或者生物燃料源等應用，可能期望植物營養部分的增加，而對于 諸如面粉、淀粉或油料生產等應用，可能特別期望種子參數的增強。即便是在種子參數之 中，取決于應用，一些參數也可能優于其它參數。多種機制可以促成增加的種子產量，無論 是以增加的種子大小還是以增加的種子數量的形式。
[0014] 增強植物產量（種子產量和/或生物量）的一種方法可以是修飾植物的內在生長 機制，如細胞周期或者參與植物生長或防御機制的多種信號傳遞路徑。
[0015] 發明概述
[0016] 現已發現，可通過在植物中調節C3H樣多肽編碼核酸在植物中的表達來增強植物 的多種產量相關性狀。
[0017] 現已發現，可通過調節SPT樣多肽編碼核酸在植物中的表達來增強植物的多種產 量相關性狀。
[0018] 現已發現，可通過在植物中調節IDI2(缺鐵誘導2)編碼核酸在植物中的表達來改 善植物的多種生長特征。
[0019] 現已發現，可通過調節至少eIF4F樣蛋白質復合物亞基多肽編碼核酸在植物中的 活性和/或所述蛋白質復合物的水平來改善植物的多種生長特征。
[0020] 現已發現，可通過調節GR-RBP (富甘氨酸RNA結合蛋白）編碼核酸在植物中的表 達來改善植物的多種生長特征。
[0021] 背景
[0022] 1. C3H 樣多肽
[0023] 在擬南芥蛋白質組中檢測到數量最多的結構域之一是環指結構域。環指結構域 起初以其首先被發現存在的蛋白質的首字母縮略詞命名，該蛋白由真正感興趣的新基因 (Eeally Interesting New ￡ene)編碼。環指結構域與鋅指結構域相關；然而鋅指由配位 結合一個鋅離子的兩對鋅配體組成，而環指則由結合兩個離子的四對配體組成。環結構域 基本上可被視為蛋白質相互作用結構域。
[0024] 環指結構域包括不同類型的亞結構域，即C3HC4類和C3H2C3類，也分別被稱為 RING-HC 和 RING H2。
[0025]2. SPATULA 樣（SPT)多肽
[0026] 堿性/螺旋-環-螺旋（bHLH)轉錄因子及其同源物構成植物和動物基因組中 的大家族。Li等，2006(Plant Physiol Aug;141(4):1167-84)在水稻基因組中鑒定出了 167個bHLH基因，并報道，這些基因的系統發生分析表明它們構成具有強烈支持率的進化 枝。也對來自擬南芥（Arabidopsis thaliana)的bHLH蛋白的系統發生進行了研宄，見 Toledo-Ortiz 等，2003(Plant Cell，Aug;15(8):1749-70) ;Buck 和 Atchley，2003(J Mol Evol. Jun ；56(6) : 742-50) 〇
[0027] SPATULA 是 bHLH 轉錄因子。Groszmann 等，2008 (Plant Journal, July 55(1) : 40-52)描述SPATULA (SPT)基因參與了隔膜、花柱和柱頭的發生。他們還在真雙子葉 植物、水稻和裸子植物中鑒別出了 AtSPT的12個直系同源基因。他們鑒別出了除BHLH結 構域以外的兩個保守結構域：兩親螺旋和酸性結構域。SPATULA也被報道為種子萌發的光 穩定阻遏因子，見 Penfield 等，2005 (Curr Biol. Nov 22; 15 (22): 1988-2006)。
[0028] 3.IDI2(缺鐵誘導2)多肽
[0029] 缺鐵誘導的cDNA IDI2首先是從鐵質缺乏的大麥根中分離出來的。其編碼的蛋 白與真核生物起始因子2B的a亞基（Yamaguchi等，J.Exp.Bot.51，2001-2007,2000) 具有低相似性，該蛋白質是鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEF)，在蛋白質合成的調節中起著關 鍵作用。mRNA的翻譯從起始甲硫氨酸-tRNAi結合到40S核糖體亞基開始，由eIF-2 (為 eIF-2 ? GTP ? Met-tRNAi三元復合物