高粱和甘蔗之间的属间杂种植物及其生产方法

专利名称：高粱和甘蔗之间的属间杂种植物及其生产方法
高粱和甘蔗之间的属间杂种植物及其生产方法
背景技术：
本申请要求于2008年10月6日提交的美国临时申请第61/103，085号和2008年 7月24日提交的美国临时申请第61/083，436号的优先权。上述申请通过参考完整引入本 文中。本发明是在美国农业部(USDA)提供的CSREES国家研究启动基金(CSREES National Research Initiative grant)第 2004-35300-14686 号的支持下作出的。美国政 府拥有本发明的某些权利。
1.发明领域本发明一般地涉及植物遗传学领域。尤其是，它涉及属间杂种植物及其生产和使 用方法。2.相关技术的说明到2025年，世界能源消费预计在2002年的水平上增加57%。虽然许多不同的替 代能源将用来满足这种需求，但是很明显，从生物质生产能源将是满足2007年能源独立和 安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)所描述的目标所必需的，其 要求燃料生产者到2022年每年至少使用360亿加仑的替代燃料。仅从淀粉生产替代燃料并 不能满足这些目标。这需要在研究和工业实施方面有大量的投资才能达到这些生产目标。 这种新的生物燃料产业的发展必须立足于专用生物能原料生产，以确保一致和稳定的生物 质供应，从而证明建立生物质转化工厂需要的大量的资本投资是合理的。虽然目前的饲料 和粮食作物的作物残余物可以使用并且也将使用，但它们可能只是用来在需要的基础上作 为由专用能源作物生产生物质的补充。迄今相对较少侧重于发展和改善专用于生物燃料生产的作物。建议作为专用生物 燃料原料的几个最常见的物种包括柳枝稷(Panicum virgatum)、杨树(杨属的种(Populus sp.))、糖/能源甘蔗(sugar/energycane)(甘蔗属的种(Saccharum sp.))、芒草(芒属的 种(Miscanthus sp.))和高粱(二色高粱(Sorghum bicolor))0现在有聚焦于增强这些植 物物种的纤维素生物能潜力的农艺学、培育和基因组计划。但是，目前还没有表现出专门生 物燃料原料所需的所有特性的特定作物品种。

发明内容
在第一方面，本发明提供了通过高粱亲本植物与不同属的单子叶植物杂交获得其 后代而产生的属间植物。高粱亲本植物可能对于隐性高粱iap等位基因是纯合的。在某些 方面，例如，单子叶亲本植物为草，如禾本科(Poaceae)植物。例如，第二单子叶亲本植物可 以是甘蔗属、芒属、甘蔗属χ芒属杂种、蔗茅属(Erianthus)、印第安草属(Sorghastrum)、黍 属(Panicum)、狼尾草属(Permisetum)或玉蜀黍属(Zea)植物。在某些特定的实施方式中， 第二单子叶植物是紫狼尾草(Pennisetum purpureum)、柳枝稷、绿毛狼尾草(Pennisetum ciliare)、珍珠狼尾草(Pennisetum glaucum)、大须芒草(Andropogon gerardii)、沙地须芒草(Andropogon hallii)、裂禾孚草(Schizachyrium scoparium)、黄假高梁(Sorghastrum nutans)、P 竹(Arundo donax)、Tripsicum dactyloides> M Jft H> (Sporobolus airiodes)、五节芒(Miscanthus floridulus)、中国芒(Miscanthus sinensis)、玉米(Zea mays)、尼力口拉瓜玉米(Zea nicaraguensis)、多年生玉米(Zea perennis)或大当草(Zea diploperennis)植物。在特定的方面，高粱和/或第二亲本植物包含一种或多种转基因。因此，在一种实施方式中，本发明提供了从高粱亲本植物产生的属间杂种植物。在 某些方面，高粱亲本植物是二色高粱植物或二色高粱和野生高粱品种之间的杂种，其中该 植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的。在另外的实施方式中，亲本高粱植物包括雄性 不育性状，诸如细胞质或遗传雄性不育等位基因(例如，高粱ms3)。在一个具体的实施方 式中，亲本高粱植物可以被定义为农艺学优良高粱植物。本领域的技术人员理解，农艺学上 优良是指对于有益的表型有贡献的可区别的性状的顶点，所述有益的表型使得生产者能够 收获商业上有意义的产品。这些性状可以包括产量、活力、抗病性、环境应激耐受性和抗虫 性。在另外的具体实施方式
中，高粱植物可以是适于生物燃料生产的农艺学上优良的高粱 植物。在另外的实施方式中，亲本高粱植物可以是高粱系Tx3361的植物。在另一方面，本发明提供了本文公开的属间杂种植物的一部分。属间杂种植物 的部分包括但不限于，原生质体、细胞、配子、分生组织、根、雌蕊、花药、花、种子、胚、茎或 叶柄。在某些方面，提供属间植物的种子。在某些情况下，属间植物种子可以被定义为包 含功能性胚乳。在另外的方面，植物种子可以包括包含杀虫剂、杀真菌剂(参见，例如，美 国专利第3，849，934号)、营养物质或水或温度敏感的聚合物的人工种子涂层。在某些方 面，种子涂层包括提高种子的机械处理性能、种子萌发、幼苗建立或生长的试剂。可以用于 种子涂层的工艺在以下专利中公开，例如，美国专利第2，799，241,3, 089，824,3, 177，027、 3，196，827,3, 207，824,3, 241，520和3，253，994号，通过参考引入本文。本领域的技术人员 应当认识到，种子涂层可以用于，例如，提高种子的生存力(例如，发芽的种子的百分比)或 耐贮性。在另外的方面，提供包含两倍高粱染色体的植物的属间植物部分，诸如包含2η高 粱染色体的植物配子。本领域的技术人员应当认识到，在某些方面，这种配子可以通过用微 管抑制剂或染色体加倍剂如化学染色体加倍剂(例如，秋水仙素)处理属间植物来生产。在再另一方面，本文提供的属间植物可以被定义为包含一种或多种转基因。例如， 属间植物可以包含赋予抗病性、抗虫性、除草剂抗性、抗旱性、耐盐性、雄性不育性、增加的 生物质或提高的糖含量的转基因。在具体的实施方式中，转基因可以被直接引入属间杂种 植物。在另外的方面，转基因可以从亲本植物遗传。亲本植物可能已被直接转化或可能已 经从其祖先遗传了转基因。在某些方面，本发明提供了一种方法，包括亲本高粱植物与第二 植物杂交，其中亲本高粱植物和/或第二植物包含转基因，和选择包含转基因的后代植物。 在某些方面，涉及培育本发明的转基因植物的方法可以包括通过标记辅助的选择(例如， 通过检测转基因或其产物)来选择后代植物。在另外的实施方式中，提供了本文所述的属间杂种植物的后代植物。在具体的实 施方式中，后代植物通过无性繁殖或通过嫁接产生。在一些另外的方面，后代植物可以从种 子长成。在更另外的实施方式中，提供了本文所述的属间植物的可再生细胞的组织培养 物。在某些方面，可再生细胞可以来自属间植物的胚、分生组织细胞、花粉、叶、根、根尖、花药、雌蕊、花、种子、圆荚(boll)或茎。因此，在某些方面，提供了由组织培养物可再生细胞 再生的属间植物。在再另一实施方式中，提供了一种生产商业产品的方法，包括获得属间杂种植物 或其部分，和由其产生商业产品。在某些方面，商业产品被定义为可发酵(如生物燃料)的 原料、蔗糖汁、甘蔗渣、乙醇、生物柴油、糖、青贮饲料、谷物面粉或动物饲料。在某些方面，属 间杂种植物为Sorcane植物，商业产品为可发酵(如生物燃料)的原料、Sorcane汁、糖蜜、 甘蔗渣、乙醇、生物柴油、生物塑料或糖。例如，可发酵的原料可以用于生产生物燃料诸如乙 醇(参见，例如，美国专利5，053，231和6，927，048，通过参考引入本文)、生物柴油、化学品 (例如，乙酸和氨)，或可以用于气化。在某些方面，属间杂种植物或其部分可以作为纤维素 原料。例如，来自属间杂种的纤维素材料可以被酶和或化学地消化为用于乙醇发酵的游离 碳水化合物(参见，例如，美国专利第4，355，108号，通过参考引入本文)。因此任何这样的 商业产品构成本发明的一个部分。在某些方面，本发明提供了 Sorcane汁，诸如由Sorcane植物部分纯化或基本上纯 化的糖溶液。在某些方面，Sorcane汁可以被定义为包含高粱多核苷酸或多肽序列。例如， Sorcane汁可以被定义为包含编码隐性高粱iap等位基因的高粱多核苷酸序列。在另外一 方面，汁可以被定义为包含高粱和甘蔗DNA。在另外的具体实施方式
中，提供了通过高粱亲本植物与甘蔗属(或甘蔗属杂种， 诸如甘蔗属X芒属植物)亲本植物杂交而产生的“Sorcane”属间杂种植物，其中高粱亲本 植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的。例如，高粱亲本植物可以是二色高粱植物或二 色高粱和野生高粱品种之间的杂种。甘蔗亲本植物的一些例子包括但不限于甜根子草 (Saccharum spontaneum) λ (S. off icinarum)(Saccharum off icinarum) χ 舌甘 根子草杂种植物。在某些特定的方面，可以产生作为高粱亲本植物和甘蔗植物的L06-024、 HoCP05-904或Ho06-562品种之间的杂种的Sorcane植物。在再另一方面，本发明提供了一种包含雄性不育性状的高粱植物或其部分，其中 该植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的。例如，高粱植物可以包括细胞质或遗传雄性 不育性。在某些方面，高粱植物包括高粱ms3遗传不育性状。在某些具体方面，植物可以是 系Tx3361的植物。在更另一方面，本发明提供了一种生产属间胚的方法，该方法包括以下步骤(a) 高粱植物与第二单子叶植物杂交，该第二单子叶植物是不同于高粱的物种，其中第一高粱 植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的，并用作母本；和(b)获得杂交产生的属间杂种 胚。在某些情况下，该方法可以进一步包括步骤(c)培育杂种胚以产生属间杂种植物。在 某些方面，本文提供的方法可以被定义为生产属间杂种植物的方法。在另外的方面，用于本 文所述的方法的高粱亲本植物包括雄性不育性，例如包括遗传雄性不育性或细胞质雄性不 育性。在更另一方面，本发明的方法可以包括生产多种属间杂种植物，和选择属间杂种， 其中属间杂种包括不同于每个亲本的特性。在一些实施方式中，该方法还包括(d)使属间 杂种植物回交以获得单子叶植物。在另外的实施方式中，该方法包括进一步使植物回交以 产生对于至少一种基因渗入性状或基因而言为纯合的基因渗入后代植物。在某些方面，根据本发明与高粱植物杂交的第二亲本植物为禾本科植物。例如，第
7二亲本植物可以是甘蔗属、芒属、甘蔗属X芒属杂种、蔗茅属、印第安草属、黍属、狼尾草属 或玉蜀黍属植物。在某些特定的实施方式中，第二单子叶植物是紫狼尾草、绿毛狼尾草、珍 珠狼尾草、大须芒草、沙地须芒草、裂稃草、黄假高粱、芦竹、Tripsicum dactyloides、碱地 鼠尾粟、五节芒、中国芒、玉米、尼加拉瓜玉米、多年生玉米或大刍草植物。在一些具体方面， 第二单子叶植物可以是甘蔗属，例如甘蔗、甜根子草或甘蔗χ甜根子草杂种。在一些其他方 面，第二单子叶植物可以是芒属植物，诸如中国芒。在某些方面，可以在属间杂种或其后代与非高粱亲本植物(例如，须芒草族 (Andropogoneae)亲本植物)、其克隆或与同一物种在生物能产量方面至少90%相同的植 物之间进行回交。在一些其他方面，在某些方面，可以在属间杂种或其后代与高粱亲本植物 之间进行回交。回交可以是连续回交，例如回交至少2至10次。在某些实施方式中，这种方法可以包括(i)从第二单子叶植物收集花粉，和(ii) 用所述花粉对高粱亲本植物的花授粉。在某些方面，用于生产本文所述的属间胚的方法可以进一步被定义为生产杂种种 子，其中种子包括胚和功能性胚乳。在某些其他实施方式中，杂种种子可以包括胚和非功能 性胚乳。在本发明的一方面，可以使用组织培养方法拯救(rescue)胚(例如，与非功能性 胚乳结合的胚)，以生产属间杂种植物。例如，在某些方面，步骤(b)进一步包括通过胚拯救 分离杂交产生的胚。在另外的方面，用于在属间杂种植物中表达的特性可以包括生物质产量、改善的 生长性状或某些需要的性状。这些特性可能由为杂交选择的特定亲本系导致的杂种优势产 生。特性可以包括，例如，生物质含量、能育性(fertility)、无性繁殖、光周期不敏感性、株 高、茎直径、抗旱性、种子大小、发芽、贮存后的种子存活力或任何其他感兴趣的特性。例如， 可以通过改变蔗糖含量或纤维素含量提高生物质含量。为了比较或量化生物质产量，可以 使用本领域的技术人员公知的标准生物质分析程序。标准生物质分析程序的详细方案也可 以自由地从美国国家可再生能源实验室获得。例如，可以通过HPLC或近红外反射光谱仪测 量蔗糖或纤维素含量。在某些方面，属间杂种植物或种子或Fl后代可以用染色体加倍剂处理，以增加能 育性，诸如化学染色体加倍剂(如秋水仙碱或功能等效物)。用染色体加倍剂处理属间杂种 植物可以用于生成能育的或部分能育的能够自体繁殖的异源多倍体植物。处理后，可以评 估属间杂种植物或种子或Fl后代的能育性并选择作为父本和/或母本。在另一方面，由前述方法生产的属间杂种可以为种子或植物的形式。在某些实施方式中，也提供根据前述方法生产的属间杂种种子、植物或其部分。在 其他方面，也提供根据前述方法由属间杂种植物或种子无性繁殖的后代属间杂种植物或其 部分。在另一方面，也提供了根据前述方法制备的具有基因渗入的性状或基因的单子叶后 代。至于本文所述的任何其他方法或组合物，可以采用本发明的方法和/或组合物的 上下文中所讨论的实施方式。因此，有关一种方法或组合物的实施方式也可以适用于本发 明的其他方法和组合物。本文所用的术语“Sorcane”是指高粱属植物和甘蔗属植物(或其杂种)之间的属 间杂种植物。在某些方面，Sorcane植物或植物部分可以被定义为包括高粱属的至少一个染色体或染色体片段和甘蔗属的至少一个染色体或染色体片段。本文用于核酸的术语“编码”用来进行本领域的技术人员容易理解的发明，但这些 术语分别可以与“包括”或“包含”互换使用。本说明书所用的“一” (“a”)或“一个”(“an”)可以指一个或多个。如权利要 求中所用，与“包括”一起使用时，“一” (“a”)或“一个” ("an")可指一个或多于一个。除非明确表示是指唯一的选择或选择对象是相互排斥的，权利要求中的“或”用来 指“和/或”，尽管公开内容只支持涉及唯一的选择与“和/或”的定义。本文所用的“另一 个”可指至少第二个或更多个。在本申请中，术语“大约”用来表示一个值包括设备、用来确定该值的方法的误差 的固有变化，或研究对象之间存在的变化。本发明的其他目标、特点和优势通过下面的详细说明将变得明显。但是，应该理 解，说明本发明优选实施方式的详细说明和具体实施例只是通过举例来说明，因为本领域 的技术人员根据此详细说明将会明白本发明的精神和范围内的各种变化和修改。


下面的图构成本说明书的一部分，并包括在说明书中以进一步证明本发明的某些 方面。结合本文提出的具体实施方式
的详细说明，通过参考这些附图中的一个或多个，可以 更好地理解本发明。图IA-B :iap基因对于高粱雌蕊上/中的花粉生长的效应。图1A，显示玉米花粉 管生长的Tx3361 (iap iap)雌蕊，箭头显示玉米花粉管生长通过花柱基部进入子房。图1B， 显示没有玉米花粉管生长的BTx623高粱雌蕊，箭头显示玉米花粉管未进入柱头轴。图2 甘蔗属χ高粱属杂种植物，从种植的种子发芽而来。图3 代表属间杂种的直接使用的示意图。命名AA指高粱，而匪是指授粉者 (pollinator)属，例如芒属、甘蔗属。图4:代表属间杂种的间接(基因渗入)使用的示意图。命名AA指高粱，而匪是 指授粉者属，例如芒属、甘蔗属。图5A-C 在College Mation，Texas种植的高粱χ甘蔗属间杂种的照片。图5Α， 两株七个月大的高粱X甘蔗杂种。图5Β，高粱X甘蔗杂种的花序。图5C，高粱X甘蔗杂种 的有丝分裂染色体涂片。图6:基于植物节间位置的白利糖度测量(如利用折射仪测量的汁中的总可溶 物)。节间1位于植物基部，最大数目位于植物顶端。在植物大约为8个月大并且还没有进 入到繁殖生长时的8月份测量这些植物中的糖分布。
具体实施例方式栽植的高粱(二色高粱)已经难以进行传统的植物育种，因为它甚至不能与野生 的Eu高粱品种杂交。本发明通过第一次提供用于生产高粱和其他单子叶植物之间的属间 杂种的有效方法克服了本领域中的不足。本文提供的属间杂种植物包括可用于各种农业应 用的独特的性状和用于生产生物燃料的特定的有益性状。在某些方面，本文所述的方法允 许将来自高粱和大批其他单子叶植物属的农艺学上重要的性状组合进入属间杂种植物。使用本文所述的方法，来自各个亲本的农艺学上有利的性状可以在杂种植物中表达，产生大 大改善的性状，如生产力、耐寒性、耐旱性、抗病性等。本文的研究表明，对于隐性iap等位基因纯合的高粱植物可以成功地与包括甘蔗 属和芒属的种的单子叶植物杂交。生产的杂种植物包括与亲本植物品种截然不同的性状。 例如，高粱χ甘蔗“Sorcane”被证明包括新型表型特性，包括茎秆中提高的糖含量。在某些方面，本文提供的属间植物和方法可以用来工程设计用于生物燃料生产的 先进原料。例如，由于其高的糖含量和在太阳能转换为生物质方面独特的效率，甘蔗是高度 优选的生物燃料原料。然而，甘蔗生产在地理上只限于赤道附近多雨地区。在温带干旱气 候下，种植高粱，并设想用其作为生物燃料原料，但高粱显示远远低于甘蔗的糖含量。本文 提供的方法第一次允许能够在杂种植物中结合来自多个属的理想性状(包括来自高粱的 耐旱性和来自甘蔗的糖产生)的育种计划，以生产优良的生物燃料植物。I.用于产牛属间杂种的亲本棺物本发明的某些实施方式提供了用于生产属间杂种的方法，该属间杂种源自第一单 子叶植物与作为不同于第一单子叶植物的物种的第二单子叶植物的杂交，诸如通过甘蔗植 物与高粱植物杂交。在这种杂种杂交中，虽然认识到每个亲本可以拥有雄花和雌花，但是存 在作为亲本的花粉接受体雌性植物，以及作为另一亲本的花粉供体雄性植物。在某些方面，亲本植物可以是单子叶植物。单子叶植物是传统公认的两组主要开 花植物(被子植物)中的一种，另一种是双子叶植物。在另一方面，亲本植物可以为须芒草 族植物。须芒草族是在热带和温带地区广泛分布的一族草本植物(禾本科)。它们使用C4碳 固定生理学。这个族通常被称为高粱族。属于这个族的属包括须芒草属(Andropogon)、孔 颖草属(Bothriochloa)、金须茅属(Chrysopogon)、薏苡属(Coix)、双花草属(Dicanthium) 和菅属(Themeda)。这种草在印度、澳大利亚、非洲和南美洲的热带稀树草原丰富存在。作为专用生物燃料原料的高粱、甘蔗和芒是相关的，是须芒草族的代表性的例子。 这些物种的每一个具有作为生物质原料的相对强度和潜在弱点，且在这些作物之间转移性 状的能力对于作物改良计划是极其有价值的。结合来自其中两个或三个的有利性状可以通 过由两个、三个或更多个物种合成无性杂种优势杂种和/或基于杂交从供体物种向另一个 物种有性转移基因和性状来完成。遗传转化也是一种可以用来在属之间转移一个或极少量 的基因的方法，但现有方法不适合转移有可能在生物燃料原料中有价值的多基因农艺和组 成性状。监管部门批准转基因作物的高成本也鼓励传统的(有性)转移方法。为了通过有性转移方法而不是遗传转化实现这个目标，必需克服这些草物种之间 的种间和/或属间生殖障碍。在本发明的某些方面，这些生殖障碍可以通过利用高粱突变 iap基因来规避，从而提供了组合来自高粱、甘蔗和/或芒物种的最理想性状成为新型专用 生物能源原料的可能，以帮助实现2007年能源独立和安全法案列出的目标。A.高粱高粱广泛适应，耐旱并通过种子易于繁殖。在历史上，世界各地已经种植高粱作为 饲料谷物、粮食和饲料，但正在开发明显不同于那些用于谷物生产的高粱的能量高粱的品 种和杂种。在所有草中，高粱唯一作为生物能源作物，因为可获得或可开发提供高产量的淀 粉(谷物杂种)、糖(甜高粱栽培变种和杂种)和/或纤维素生物质(饲料和能量高粱杂 种)的高粱杂种(Rooney等人，2007)。因为它已经从种子成长为作物，美国许多地区的生产者熟悉其载培，并且他们具有培育和收获该作物所必需的农业基础设施。虽然它通常作 为一年生作物种植，但也可截根培植用于多次收获，且是最抗旱和水资源利用效率最高的 种植作物之一(Rooney等人，2007)。高粱谷物在美国以外的地区是同样重要的人类食物。在这些地区，谷粒以面包、 粥、糖果形式消耗，并且作为酒精饮料，高粱可以被磨成面粉，或直接使用或与小麦或玉米 粉混合用于制备食品。除了谷粒的直接食用，高粱早已在世界许多地区被用于制造啤酒。除 了人类消费核仁，高粱的用途包括干磨和湿磨工业的产品。高粱干磨的主要产品是粗磨粉、 粗粉和细粉。可以通过湿磨法提供食品用的淀粉及其他提取物。高粱提供了工业原料来源。工业用途主要是来自湿磨工业的高粱淀粉和来自干磨 工业的高粱面粉。高粱淀粉和面粉已应用于造纸和纺织工业。其他工业用途包括在粘合剂、 建筑材料中的应用和作为油井泥浆的应用。大量的高粱，包括谷粒和植物材料，已用于工业 酒精生产。本发明涉及的高粱品种包括但不限于，黑高粱(Sorghum almum)、Sorghum amplum、Sorghum angustum、Sorghum arundinaceum、二色 1 梁(主要栽士音禾中)、Sorghum brachypodum、Sorghum bulbosum、Sorghum burmahicum、Sorghum controversum>Sorghum drummondii> Sorghum ecarinatum> Sorghum exstans> Sorghum grande^jixM^ (Sorghum halepense)、Sorghum inter jectum> Sorghum intrans> Sorghum laxif lorum> Sorghum leiocladum>Sorghum macrospermum>Sorghum matarankense>Sorghum miliaceum、Sorghum nigrum、光高梁(Sorghum nitidum)、Sorghum plumosum、拟高梁(Sorghum propinquum)、 Sorghum purpureosericeum、 Sorghum stipoideum、 Sorghum timorense、 Sorghum trichocladum> Sorghum versicolor、Sorghum virgatum 禾口 Sorghum vulgare。用于本发明的高粱的一个例子是二色高粱。在特别的实施方式中，可以使用iap/ iap突变高粱，诸如下面描述的那些。也可以使用雄性不育iap/iap突变体，包括系Tx3361， 如实施例1中描述的。在某些方面，本文所述的高粱植物可以包括一个或多个农艺学上有利的性状。这 些性状可以被培育为亲本高粱系，然后传递到属间杂种植物，或可以直接培育为属间杂种 系。在某些方面，可以通过将一个或多个转基因引入高粱植物或属间杂种植物引入农艺学 上有利的性状。一方面，通过直接转化来自这样的高粱植物的细胞可以将转基因引入iap/ iap高粱系如Tx3361。在另一方面，可以通过包含转基因的高粱植物与iap/iap高粱系如 Tx3361杂交将转基因引入iap/iap高粱植物。然后可以使这种杂交获得的Fl后代与iap/ iap高粱回交或自交(与其他Fl后代)，并且针对转基因和纯合iap等位基因的遗传性的 存在筛选第二杂交的产物。因此，包括对于隐性iap等位基因纯合的转基因高粱植物作为 本发明的部分，并可以在如本文所述的生产属间杂种植物的方法中使用。在某些方面，本发明的高粱和属间杂种植物包括一个或多个农艺学上有利性的 状，包括但不限于增加的谷粒产量、增加的糖含量、减少的倒伏、减少的高度、耐旱性、耐盐 性、锈病抗性、抗虫性、炭疽病抗性、丝黑穗病抗性、霜霉病抗性、灰叶斑病抗性、带状斑纹病 (zonate)抗性、叶枯病抗性、病毒抗性(例如，玉米矮花叶病毒抗性)、蠓(midge)抗性、高 粱长蝽(chinch bug)抗性或绿蝽(green bug)抗性。例如，本文所述的植物可以包括以下 性状对于绿蝽(麦二叉蚜(Schizaphis graminum))生物型C和E的抗性或提高的抗性、炭疽病(禾生刺盘孢(Colletotricum graminicola))抗性、霜霉病变型1和3 (高梁指梗 霄(Sclerospora sorghi))抗性禾口 / 或丝黑種病(Spaoelotheca reiliana)小种 1、2、3 禾口 4抗性。B.甘蔗根据分类说明，甘蔗(甘蔗属)为包括原产于东半球暖温带至热带地区的高大多 年生草(禾本科，须芒草族)的6至37个种的属。它们具有粗壮、有节的纤维茎，其茎富含 糖，且经测量一般为2至6米高。所有甘蔗种进行种间杂交，主要商业栽培种是复杂的杂种。甘蔗是一种用于生产晶糖的热带原料。它在世界热带地区也广泛用于糖源乙醇 的生产，并存在许多其他的甘蔗登记物，其产生更高的生物质产量，但对于糖生产不是理想 的。高生物质甘蔗已被命名为能量甘蔗，它们已用于作为纤维素乙醇生产的生物质来源。甘 蔗的生物质产量的潜力未被超过，但它是一种热带物种，且它在美国的适应性受其低温敏 感性限制。此外，甘蔗需要大量的水，它比高粱更容易受到干旱影响。这些因素进一步限制 其生产范围。最后，建立这种多年生作物依靠无性繁殖，这通常是整个作物的生产周期中最 昂贵的成本。本发明涉及的甘蔗属(甘蔗)的种包括但必然不限于斑茅(Saccharum arundinaceum) > Saccharum bengalense> Saccharum brevibarbe>1 ^ IiSi^fe 禾中(Saccharum edule) > > Bf SE^ (Saccharum procerum) > Saccharum ravennae> 甘蔗属大茎野生种(Saccharum robustum)、竹蔗(Saccharum sinense)和甜根子草。设 想根据本公开内容使用的一些甘蔗品种包括但不限于甘蔗品种Ho05-961、HB03-403、 HoOl-564、Ho05-961、Ho06_525、Ho06_530、Ho06_543、Ho06_552、Ho06_562、Ho06_563、 Ho06-565、Ho07-613、Ho95_988、HoCPOl-517, HoCP04_803、HoCP04_810、HoCP04_838、 HoCP05-903、HoCP05-904、HoCP05_923、HoCP06_502、HoCP96_540、HoL05_953、L01-283、 L06-001、L06-024、L06-38、LCP85-384、US02-840、TCP00-4521、TCP01-4535、TCP02-4622、 TCP03-4636、TCP03-4645、MPTH97-209、US07-9014、US079026、US079025、L97-128 (美国植 物专利PP17, 636)、L99-226 (美国植物专利第PP18, 807号)和L99-233 (美国植物专利第 PP18，^6号)。在某些方面，亲本甘蔗植物可以包括一个或多个转基因。例如，亲本甘蔗植 物可能已经从祖先植物遗传了转基因或可能已经直接被编码转基因的DNA转化。在某些方面，本文所述的甘蔗植物可以包括一个或多个农艺学上有利的性状。例 如，用于本文的甘蔗植物可以是包含转基因的转基因甘蔗植物，该转基因赋予除草剂耐受 性(例如，草甘膦耐受性)或抗虫性(例如，甘蔗螟虫(Diatreae saccharalis)抗性)。C.芒属芒属植物具有几个品种，其具有作为栽培的生物能源原料的潜力。芒属是包括 大约15个原产于非洲和南亚的亚热带和热带地区的多年生草的种的属，一个种(中国 芒(M. sinensis))向北扩展到温暖的东亚。种的例子包括但不一定限于，五节芒、巨芒 (Miscanthus giganteus)、■ (Miscanthus sacchariflorus) (Amur silver-grass)、中IS 芒、Miscanthus tinctorius 禾口高山芒(Miscanthus transmorrisonensis) 0芒的快速生长、低矿物质含量和高生物质产量使其成为作为生物燃料的特别受欢 迎的选择。收获后，它可以被燃烧以产生用于动力涡轮机的热和蒸汽。如果不考虑投入(例 如，化肥)或生物燃料向使用地点的运送，产生的二氧化碳排放相当于植物在其成长阶段从大气中收集的二氧化碳的量，因此这个过程是温室气体中性的。当与煤以50/50的混合 物混合时，它不经改变就可以用于一些目前的燃煤电厂。这些类型中最丰富的是“巨芒草”，即中国芒(二倍体)和荻(四倍体)的自然种间 三倍体不育杂种，它必须无性繁殖，例如，通过根茎扦插或体外培养。特定类型的芒(诸如 巨芒草)产生高产量的生物质，是多年生的且适应温带气候(Clifton-Brown等人，2001)。 大规模的商业可行性尚未得到证实，或者至少尚未公开。设想根据本公开内容使用的另外的植物种和品种包括中国芒(芒草(Chinese silver grass)、Eulalia 胃、细P十f (Maiden grass)、Zebra |、Porcupine 胃；syn. Eulalia japonica Trin、Miscanthus sinensis f. glaber Honda、丝芒(Mi scan thus sinensis var. gracillimus Hitchc)、花叶芒(Miscanthus sinensis var. variegatus Beal)、斑叶芒 (Miscanthus sinensis var. zebrinus Beal) Λ Saccharum japonicum Thunb)，一禾中原产于 东亚遍及中国、日本和韩国大部分地区的草。它是一种多年生草本植物，一般生长到0. 8-2 米(很少4米)高，由地下根茎形成密集的团块。叶子是18-75厘米长、0. 3-2厘米宽。花 为紫色，在叶子上方。D.另外的单子叶植物另外的单子叶植物可以用来进行如本文所述的属间杂交。例如，在某些方面，属间 杂交为高粱和禾本科(草)第二单子叶之间的杂交。例如，可以在以下的高粱植物之间进 行杂交Anomochlooideae> Pharoideae (例如，Pharus 禾口 Leptaspis)、Puelioideae、早熟 禾亚科(Pooideae)(例如，小麦、大麦、燕麦、雀麦草、芦苇草)、竹亚科(Bambusoideae)(例 如，竹)、稻亚科(Hirhartoideae)(例如，水稻)、芦竹亚科(Arundinoideae)、假淡竹叶亚 科(Centothecoideae)、虎尾草亚科(Chloridoideae)、黍亚科(Panicoideae)(例如玉米) Micrairoideae或扁芒草亚科(Danthonioideae)的亚科植物。在某些方面，属间植物可以 用来将需要的性状渗入优势高粱遗传背景。相反，在某些情况下，本文所述的属间杂交可以 用于将需要的高粱性状渗入其他远亲植物品种。一些具体的属间杂交和属间植物包括但
不限于高粱与蔗茅属的种、印第安草属的种、黍属的种、狼尾草属的种和玉米属的基因型杂 、-父。在某些方面，用于本文所述的杂交的单子叶植物本身可以是属间杂种植物。例如， 高粱可以与Sorcane植物或miscane植物(芒属χ甘蔗属)杂交。II.花粉不亲和性系统的应用为了实现开发高效和高产出的生物燃料原料的目标，本发明的某些方面提供了用 于结合相关种如高粱、甘蔗、芒中存在的许多理想性状的方法。在某些方面，利用iap在种 间和属间相容性方面的作用产生杂种以规避生殖障碍。A.自交不亲和性在某些方面，可以利用自交不亲和性，以尽量减少自交或用来自同一种的花粉授 粉。受精作用是花粉与雌蕊之间复杂的相互作用，其成功地以雄核和雌核融合结束(de Nettancourt, 1997 ；Swanson等人，2004 ；Wheeler等人，2001)。雌蕊组织提供支持花粉管生 长通过一些细胞环境的不同信号和必要营养(Swanson等人，2004)。同时，雌蕊提出精细的 障碍，保护胚珠不接近不适当的花粉，包括种内或种间授粉。有花植物中的自交不亲和性(Si)研究已发展到了对于S-基因序列、基因产物和基因产物相互作用的详细理解的程度(de Nettancourt, 1997 ；!^eng等人，2006 ；McClure and Franklin-Tong, 2006 ；Rahman 等人，2007 ；Tabah 等人，2004)。SI 通常由单 _ 多等位 基因的基因座S控制，基因座S由至少两个紧密连锁的编码自我识别的花粉和雌蕊决定因 素的基因组成。近年来，在鉴定SI的雌性决定因素方面已经取得了很大进展。大多数配 子体SI系统具有S-RNase作为雌蕊的S-成分，而独特的配子体系统具有小的分泌肽作为 雌蕊的成分(Feng 等人，2006 ;McClure and Franklin-Tong，2006)。在 SI 的孢子形式中， 雌蕊决定因素是S-受体激酶，由保守的激酶结构域、跨膜结构域和可变的细胞外受体组成 (Naithani 等人，2007 ；NasralIah and NasralIah, 1993 ；Nasrallah，2002)。这些基因在生 殖组织中的空间和时间表达已经使得能够详细说明导致自交不亲和花粉的识别和排斥的 细胞和分子过程。B.杂交不亲和性对于属间杂交，必须解决不同种间的杂交不亲和性的问题。对于理解种间杂交不 亲和性，存在两个主要模式不亲和性与不协调性。不亲和性是一种通过不亲和性基因的抑 制作用，生殖关系无功能的机制。不亲和性依赖于被认定为“外来的”花粉的主动排斥，类 似于上述的SI系统。此外，不协调性不依赖于花粉的主动排斥，而本质上是被动过程，其中 由于缺乏关于一个伴侣的遗传信息，发生非功能性。当雄性伴侣缺乏穿透机制以克服在雌 性中存在的某些障碍时，存在不协调的关系。由于进化分歧，在彼此分离方面进化的物种更 有可能是不协调的伴侣(Hogenboom，1973)。不管所涉及的机制如何，种间杂交的障碍在农 作物种中是常见的，克服它们是在种质开发计划中利用种间或属间杂交的先决条件。C.高粱中的lap基因座在高粱属和获得二色高粱和野生高粱种以及那些更远亲的植物之间的杂种的许 多失败的尝试中存在杂交障碍。调节雌性高粱植物中的花粉管生长的等位基因已被鉴定和 命名为iap。也已鉴定了该基因的隐性突变体形式(iap等位基因)。iap的基因座已被定位于高粱连锁群02 (SBI-O》的短臂上，且该基因座与一些 AFLP和微卫星标记侧面相接。位于iap基因座侧翼的两个最接近的微卫星标记(Xtxp50 和Xtxp63)已经与基于测序的、高密度高粱基因组图谱相互对照(参见，例如，Menz等人于 2002年公布的Texas A&M University网站上的sorgblast3. tamu. edu)。已经在整个基因 组上评估区域重组频率GAp每cM ；每cM的基因)。据预测，跨越此iap基因座的区域具 有 1651A/CM的区域重组频率。因此，推断此iap性状基因座已被限定到一个相对较小的 片段， 800kbp-lMbp。本发明提供了属间杂交和生产生物燃料的方法，包括向杂种或植物物种引入需要 的性状。A.属间杂种的产生在物种之间转移复杂性状需要成功产生种间或属间杂种。虽然大量文献报道在高 粱属与甘蔗属及甘蔗属与芒属之间的罕见杂交，但以前没有已知的芒属与高粱属之间杂交 的报告。这些种的很少杂交的能力有可能与它们的遗传相似性有关，例如，高粱和甘蔗只是 在500万年前分开O^terson等人，2004)。高粱属、甘蔗属和芒属的DNA序列在今天保持 非常相似(Matthews等人，2002的图1)。然而，只是很少发现能存活的杂种，在1，000次尝
14试中不到1次，反映出它们的分类学和遗传差别性。这种极端的困难已经排除了这些努力 的任何实际应用。相反，本发明提供了一种允许高效生产属间杂种的方法。一方面，这种方法包括以 下步骤(a)获得对于隐性iap (外来花粉基因的抑制)是纯合的高粱植物；(b)高粱植物与 除了高粱之外的须芒草族植物杂交，并获得Fl后代，其中高粱植物用作母本，非高粱须芒 草族植物用作父本；和(c)从Fl后代选择属间杂种，其中属间杂种比任何一个亲本具有更 高的生物能产量。在根据本发明进行的杂交中，在某些情况下，可能需要在授粉后使用胚拯救以获 得如上面所述的能生育的属间杂种植物，因为在某些情况下发明人已发现由属间杂种杂交 产生的成熟种子具有低存活率。也可能需要操纵光周期和/或亲本植物的其他生长条件， 以确保在各自的亲本植物上能育的花粉和接收花粉的花的同步性。在这个阶段中，在认为 合适的情况下，植物可以有利地经肥料和/或其他农药处理。一旦进行属间杂交，重要的是鉴定产生的后代为杂种且不只是自交或用来自同一 物种的另一植物的花粉授粉的结果。一种鉴定方法是形态学评价，前提是属间杂种具有足 够的区别特性，如本文的情况。特别地，本文所述的特性允许本领域的技术人员根据每个亲 本植物产生的植物的物理特性，鉴定植物为属间杂种。不过，其他技术也可以用于本发明，并可以避免因环境变化可能造成的失误。对于 所有可能的Fl后代植物，可以确定植物的倍性、染色体组成和变异，以及对于一组来自不 同基因组位置的亲本多态性分子标记而言，植物的基因型组成和一致性或变异。例如，在某 些方面，可以筛选属间后代，以鉴定产生高比例的功能性2η配子体的后代。特别地，为了特 定性状的基因渗入，这些后代可以用于育种和回交。例如，如果亲本的基因组大小不同，可以利用流式细胞分析或其他DNA含量测量 在早期发育阶段检测杂种。然而，由于DNA含量的差异可能是由于杂种状态以外的其他原 因，可能需要另外的分析方法。一旦根尖发育，就可以进行核型分析，前提是亲本互补体的 大小、数量和/或形态不同。其他替代方法包括使用基因组原位杂交(GISH) (Schwarzacher 等人，1989)或遗传标记分析。遗传标记代表用于分析和鉴定种间杂种植物特别是来自不同单子叶亲本植物的 遗传互补的组合的有效方法。本文所用的短语“遗传互补”是指核苷酸序列的集合体，其定 义植物的身份或该植物的细胞。例如，可以对本文提供的属间杂种进行基因分型，以确定它 相对于示例性的高粱属、甘蔗属/芒属亲本植物具有的遗传标记的代表性样本。遗传标记是在一个基因座处的等位基因。它们优选以共显性方式遗传，使得两个 等位基因在二倍体基因座处的存在很容易检测到，而且它们不受环境变化的影响，即它们 的遗传度为1。单一基因座基因型的排列可以表示为标记基因型的分布，每个基因型处有两 个。每个基因座的标记等位基因组成可以是纯合的或杂合的。纯合性是这样一种情形，其 中一个基因座处的两个等位基因的特征在于相同的核苷酸序列或重复序列大小。杂合性是 指在一个基因座处的基因具有不同的情形。一种有用的遗传标记类型是简单重复序列(SSR)，因为它们一般都具有高度多态 性，且打分成本低。但是，可以使用任何可能的其他类型的遗传标记，例如，限制性片段长度 多态性(AFLP)、扩增片段长度多态性(AFLP)、单核苷酸多态性(SNP)和同功酶，来鉴定本发明的植物。在某些方面，可能需要确定后代的性状，包括部分或全部Fl后代的能育性、无性 繁殖和生物燃料属性，取决于上面的测定结果如果所有Fl看起来相似，则分析一组代表 性的Fl植物；如果Fl植物不同，则作为克隆单独地分析许多Fl植物。在另一方面，可以根 据想要的性状，如与每个亲本相比改善的生物能产量，选择这些后代或克隆。B.基因渗入基因渗入包括基因(基因流)通过回交从一个物种移动到另一个物种的基因库。 在本发明的一个实施方式中，可以将种间杂种与其亲本之一回交。这可以允许一个或多个 性状基因渗入亲本，特别是将新性状引入物种。基因渗入是一个长期的过程；它可能在回交 发生前持续许多杂种代。基因渗入系(简称IL)是指包含源自类似物种(例如“野生”亲 缘植物)的遗传物质作物种的系。基因渗入系允许研究定量性状基因座，而且还通过引入 外来性状创造新品种。在本发明的某些实施方式中，也可能提供用于提高非高粱须芒草族植物的生物能 产量的方法，该方法包括以下步骤(a)获得对于隐性iap是纯合的高粱亲本；(b)高粱植 物与除了高粱之外的须芒草族植物杂交，并获得Fl后代，其中高粱植物用作母本，非高粱 须芒草族植物用作父本；(c)从Fl后代选择属间杂种，其中属间杂种比非高粱须芒草族植 物具有更高的生物能产量；和(d)属间杂种与非高粱须芒草族植物回交，以获得须芒草族 后代，其中该须芒草族后代具有较高的生物能产量。在某些实施方式中，这种方法可以进一 步包括(e)使须芒草族后代近交，以产生对于较高的生物能产量纯合的第二后代。C.改良的生物能产量的选择在某些方面，属间杂交或基因渗入可以用于本发明，以提高某些植物的生物能产 量。可以使用美国国家可再生能源实验室提供的标准生物质分析程序或美国测试和材料协 会和纸浆和造纸工业技术协会提供的类似程序，进行较高的生物能产量的选择。在某些方面，生物质产量还可以包括生物质含量、能育性、无性繁殖、光周期不敏 感性、株高、茎直径、抗旱性、种子大小、发芽、贮存后的种子存活力或任何本领域公知的特 性。例如，生物质含量可以是蔗糖含量或纤维素含量。特别地，可以通过HPLC或近红外反 射光谱仪测量蔗糖或纤维素含量。D.除草剂抗性许多除草剂抗性基因是已知的，且可以用于本发明。一个例子是赋予对抑制生长 点或分生组织的除草剂如咪唑酮类(imidazalinone)或磺酰脲类(sulfonylurea)的抗性 的基因。此类示例性的基因编码突变ALS和AHAS酶，例如，Lee等人，(1988)所述。也可以使用草甘膦(分别由突变5-烯醇式丙酮酰-3-磷酸莽草酸合成酶(EPSP) 和aroA基因赋予的抗性)和其他膦化合物如草丁膦(草胺膦(phosphinothricin)乙酰转 移酶(PAT)和吸水链霉菌(Sti^ptomyces hygroscopicus)草胺膦-乙酰转移酶(bar)基 因)抗性基因。参见，例如，属于Siah等人的美国专利第4，940，835号，它公开了可以赋予 草甘膦抗性的EPSPS形式的核苷酸序列。可以获得ATCC登记号39256的编码突变aroA基因 的DNA分子，而该突变基因的核苷酸序列在属于Comai的美国专利第4，769，061号中公开。 Kumada等人的欧洲专利申请第0 333 033号、属于Goodman等人的美国专利第4，975，374 号公开了赋予除草剂如L-草胺膦抗性的谷氨酰胺合成酶基因的核苷酸序列。Leemans等人的欧洲申请第0 242 246号提供了草胺膦-乙酰基转移酶基因的核苷酸序列，DeGreef等 人，(1989)描述了表达编码草胺膦乙酰转移酶活性的嵌合bar基因的转基因植物的生产。 赋予苯氧丙酸和cycloshexones如稀禾定(sethoxydim)和吡氟氯禾灵(haloxyfop)抗性 的示例性的基因是Marshall等人，(1992)所述的Acct-Sl、Accl_S2和Acct_S3基因。赋予抑制光合作用的除草剂如三嗪(psbA和gs+基因)和苄腈(腈水解酶基因) 抗性的基因也是已知的。Przibilla等人，(1991)描述了用编码突变psbA基因的质粒对衣 滴虫(Chlamydomonas)的转化。属于Malker的美国专利第4，810，648号公开了腈水解酶 基因的核苷酸序列，且含有这些基因的DNA分子可以从ATCC登记号5；3435、67441和67442 获得。编码谷胱甘肽S-转移酶的DNA的克隆和表达由Hayes等人，(1992)描述。E.抗病性植物防御往往是由植物中的抗病性基因(R)的产物和病原体中的相应无毒力 (Avr)基因的产物之间的特定相互作用激活的。可以用克隆的抗性基因转化植物系，以工程 设计抗特定病原体株的植物。参见，例如，Jones等人，(1994)(抗黄枝孢霉(Cladosporium fulvum)的番茄Cf-9基因的克隆)；Martin等人，(1993)(抗丁香假单胞菌番茄致病变种 (Pseudomonas syringae pv. tomato)的番Pto 基因)；禾口 Mindrinos 等人，(1994)(抗丁 香假单胞菌的拟南芥RPS2基因)。病毒侵入蛋白或由此衍生的复合毒素也可以用于病毒病抗性。例如，转化植物细 胞中病毒衣壳蛋白的积聚赋予对病毒感染和/或衍生衣壳蛋白基因的病毒以及相关病毒 引起的疾病发展的抗性。参见，Beachy等人，(1990)。对于苜蓿花叶病毒、黄瓜花叶病毒、烟 草条纹病毒、马铃薯病毒X、马铃薯病毒Y、烟草蚀刻病毒、烟草脆裂病毒和烟草花叶病毒， 转化的植物已被赋予衣壳蛋白介导的抗性。同上。也可以使用病毒特异性抗体。参见，例如，Tavladoraki等人，(1993)，其证明保护 表达重组抗体基因的转基因植物免受病毒攻击。例如，Logemann等人，(1992)公开了表达大麦核糖体失活基因的转基因植物具有 增加的真菌病抗性。F.抗虫性抗虫基因的一个例子包括苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)蛋白质、其 衍生物或模拟它的合成多肽。参见，例如，Geiser等人，(1986)，其公开了 Bt δ -内毒素基 因的克隆和核苷酸序列。此外，编码S-内毒素基因的DNA分子可以购自美国典型培养物 保藏中心(American Type Culture Collection, Manassas, Virginia),例如，ATCC 登记号 40098、67136、31995和31998。另一个例子是凝集素。参见，例如，Van Damme等人，(1994)， 其公开了一些结合君子兰(Clivia miniata)甘露糖的凝集素基因的核苷酸序列。也可以 使用结合维生素的蛋白质，诸如抗生物素蛋白。参见PCT申请US93/06487，其内容通过参考 引入本文。该申请教导使用抗生物素蛋白和抗生物素蛋白同源物作为对害虫的杀幼虫剂。再另外一种抗虫基因是酶抑制剂，例如，蛋白酶或蛋白酶抑制剂或淀粉酶抑制剂。 参见，例如，Abe等人，(1987)(水稻半胱氨酸蛋白酶抑制剂的核苷酸序列)，Huub等人， (1993)(编码烟草蛋白酶抑制剂I的cDNA的核苷酸序列)，和Sumitani等人，(1993)(硝 孢链霉菌(Sti^ptomyces nitrosporeus) α -淀粉酶抑制剂的核苷酸序列)。也可以使用 昆虫特异性的激素或信息素。参见，例如，Hammock等人，(1990)对于克隆的保幼激素酯酶(一种保幼激素灭活剂)的杆状病毒表达的公开内容。其他例子包括昆虫特异性抗体、由其衍生的免疫毒素，发育停滞性蛋白质或酶。参 见Taylor等人，(1994)，其描述了在转基因烟草中通过产生单链抗体片段导致的酶失活。 在另外的例子中，几丁质酶诸如水稻几丁质酶(chi II)可以在植物中表达(参见，例如， Zhu等人，1998和Krishnaveni等人，2001，其公开了高粱中chi II在CaMV 35S启动子控 制下的表达)。G.修饰的脂肪酸、植酸和碳水化合物代谢可以使用赋予修饰的脂肪酸代谢的基因。例如，可以使用硬脂酰-ACP去饱和酶基 因。参见Knutzon等人，(1992)。也已经描述了各种脂肪酸去饱和酶，诸如编码Δ9脂肪酸 去饱和酶的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) OLEl基因，所述Δ9脂肪酸去饱和酶为 一种由棕榈酰(16:0)或硬脂酰(18:0) CoA形成单不饱和棕榈(16:0)或硬脂(18:0)脂肪 酸的酶(McDonough等人，1992)；一种编码来自蓖麻的硬脂酰-乙酰基载体蛋白Δ 9去饱和 酶的基因(Fox等人，1993)；来自蓝细菌集胞藻属(Synechocystis)的Δ 6_和Δ 9去饱和 酶，其负责转化亚油酸(18:2)为Y-亚麻酸(18:3 γ) (Reddy等人，1993)；来自拟南芥的基 因，其编码一种ω-3去饱和酶(Arondel等人，1992)；植物Δ9-去饱和酶(PCT申请公布WO 91/13972)和大豆和芸苔Δ 15去饱和酶(欧洲专利申请公布EP 0616644)。也可以通过引入编码植酸酶的基因改变植酸代谢，以提高植酸分解，向转化植物 增加更多的游离磷酸盐。例如，参见Van Hartingsveldt等人，(1993)关于黑曲霉植酸酶 基因的核苷酸序列的公开内容。例如，这可以通过克隆然后重新引入与导致以低含量植酸 为特征的植物突变体的单等位基因相关的DNA来完成。参见Raboy等人，(1990)。已知许多可以被用于改变碳水化合物代谢的基因。例如，可以用编码改变淀粉的 分枝模式的酶的基因转化植物。参见，Shiroza等人，(1988)(链球菌突变果糖转移酶基 因的核苷酸序列)，Steinmetz等人，(1985)(枯草杆菌(Bacillus subtilis)果聚糖蔗糖 酶(levansucrase)基因的核苷酸序列)，Pen等人，(199 (表达地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis) α -淀粉酶的转基因植物的生产)，Elliot等人，(1993)(番茄转化酶基因 的核苷酸序列)，Sergaard等人，(199 (大麦α -淀粉酶基因的定点诱变)和Fisher等 人，(199 (玉米胚乳淀粉分支酶II)。编码玉米IOkD玉米醇溶贮藏蛋白的ZlO基因也可 以用于改变细胞中的IOkD玉米醇溶蛋白相对于其他成分的量(Kirihara等人，1988)。H.另外的农艺学性状可以引入另外的转基因，例如，以提高耐旱性或耐寒性。例如，可以表达蜡合成 酶，以增加杂种植物的表面蜡含量和耐旱性。例如，在美国专利申请公布20080092255中， 公开了用于赋予耐寒性的转基因，通过参考引入本文。可以在转基因植物中表达或过度表 达以提高非生物应激耐受性的其它基因包括甘露醇-1-磷酸脱氢酶(例如，mtlD)、吡咯 啉-5-羧酸合酶(例如，p5CSfl29A)和/或胆碱氧化酶(例如，codA)。也可以在一个或多个基因中编码商业性状，该基因可以例如，增加用于乙醇生 产的淀粉，或提供蛋白质的表达。转化植物的另一个重要的商业用途是生产聚合物和生 物塑料，如美国专利第5，602，321号所描述的，通过参考引入本文。诸如B-酮硫解酶 (ketothiolase)、PHBase (聚羟基丁酸(polyhydroxylburyrate)合酶)和乙酰乙酰辅酶 A 还原酶的基因促进聚羟基链烷酸酯(polyhyroxyalkanoates) (PHA)的表达。
IV.雄件不育件在某些方面，在不同但密切相关的物种之间的杂交涉及使用高粱iap/iap突变体 作为母本。由于高粱自然地低频率地远交，一般需要特殊操作以在所需的亲本之间进行控 制的杂交(ROOney，2004)。本发明的某些实施方式使用雄性不育高粱突变体例如Tx 3361， 以免去手工去雄的需要。雄性不育性的例子如下描述。A.手工去雄主要用于控制授粉和繁殖目的的除去或破坏植物的雄性(花粉)部分的发育能力 被称为去雄。用于控制高粱的自花授粉的手工去雄和其他方法是公知的。可以在开花前一天对花去雄。这种小花发生在高粱穗(panicle)中的开放小花下 面和大约3厘米之内。用剪刀除去所有开放的小穗。在去雄前，尤其是如果去雄发生在室 外，应该清洗穗和设备以除去任何花粉。在温室中不太可能出现这样的花粉转移，但应进行 清洗穗和设备以避免不必要的异交。除了那些待去雄的，除去所有小花，只留下预计在第二天开放的小花。通过插入削 尖的铅笔或类似尖头工具从封闭的外稃和内稃中诱导出三个花药。必须注意不要破坏花 药，如果破坏了花药，那么应该除去花并清洗工具以避免污染下一个小花。必须在一组小花 “完全去雄”前，除去每个花药。一个花药的存在会导致在由培育员转移花粉前使一个或多 个子房授粉。在小花被去雄后，将纸袋置于去雄的穗上，直到小花在1-2天后被授粉。通常 是在下午进行田地去雄，以试图避免来自其他植物的漂来的能生育的花粉。B.遗传雄性不育性已经表征了高粱中的被称为msl至ms7的一序列核隐性雄性不育基因。在隐性条 件下，这些突变产生可以用于杂交的雄性不育植物(ROOney，2001)。由于这些植物完全是雄 性不育的，不需要去雄，所以可以更容易地产生更大数量的种子。然而，无法产生真正的繁 殖、一致的遗传不育性使得利用遗传雄性不育性进行杂种种子生产变得复杂。因此，遗传雄 性不育性可以用于本发明的高粱育种计划，以促进开发属间杂种植物及其亲本。遗传雄性不育性的使用促进杂交，但它也需要在开花期对群体进行封闭式管理。 一旦完成改善，必须产生系，且必须除去隐性等位基因ms，或它们会在后代中产生不育后 代。可以通过随机穗的自花授粉或用来自同一排中杂合的和雄性能育植物的花粉对不育的 穗大量授粉，维持遗传雄性不育性分离的系。为了使用这个系统，必须在尖端开花时鉴定雄 性不育植物。雄性不育植物的花药更小、更薄，且不释放能生育的花粉。鉴定后，应该除去 雄性不育穗尖，并包住穗以避免自由授粉。然后可以在3-5天后用从所需的父本收集的花 粉对穗授粉。这些杂交的杂种可以用于群体改善或开始另一植物育种计划，诸如用于生产 提高的纯系的谱系选择。培育者已经开发了许多优良高粱种质和亲本系中的遗传雄性不育 群体(Pedersen 和 Toy 1997)。C.杀配子剂在某些实施方式中，可以使用所述的使花粉绝育的杀配子剂实现去雄。用这种杀 配子剂处理的植物变得雄性不育，但通常保持雌性能育。例如，在美国专利第4，936，904号 中描述了化学杀配子剂的使用，其公开内容提供完整参考特别弓I入本文。V.植物转化构建体根据本发明，提供了通过遗传转化生产的包含一个或多个转基因的植物。用于植物转化的载体可以包括，例如，质粒、粘粒、YAC (酵母人工染色体)、BAC (细菌人工染色体) 或任何其他合适的克隆系统以及其DNA片段。因此，当使用术语“载体”或“表达载体”时， 包括所有上述类型的载体以及由其分离的核酸序列。设想利用具有大插入容量的克隆系统 允许引入包含一个以上选定的基因的大DNA序列。根据本发明，这可以用于将对应于整个 生物合成途径的基因引入植物。通过使用细菌或酵母人工染色体(分别为BAC或YAC)或 甚至植物人工染色体，可以促进这种序列的引入。例如，Hamilton等人，(1996)公开了使用 BAC进行土壤杆菌介导的转化。已经从这些载体中分离的表达盒对于转化特别有用。当然，用于转化植物细胞 的DNA片段一般包括人们希望引入宿主细胞并已在宿主细胞中表达的cDNA、一种或多种基 因。这些DNA片段在需要时可以进一步包括诸如启动子、增强子、多聚接头或甚至调控基因 等结构。为细胞引入而选择的DNA片段或基因常常编码在产生可筛选或可选择的性状的重 组细胞中表达的蛋白质和/或赋予产生的转基因植物改进的表型的蛋白质。不过，可能并 非总是如此，本发明还包括掺入非表达的转基因的转基因植物。可能包括在本发明使用的 载体中的组分的例子如下。A.调控元件用于表达核酸序列的示例性的启动子包括植物启动子，诸如CaMV 35S启动子 (Odell 等人，1985)，或其他启动子，如 CaMV 19S(Lawton 等人，1987)、nos (Ebert 等人， 1987) ,Adh (Walker等人，1987)、蔗糖合酶(Yang和Russell, 1990)、a_微管蛋白、肌动蛋白 (Wang 等人，1992)、cab (Sullivan 等人，1989)、PEPCase (Hudspeth 和 Grula, 1989)或那些 与R基因复合体有关的启动子(Chandler等人，1989)。也预期组织特异性启动子诸如根细 胞启动子(Conkling等人，1990)和组织特异性增强子(Fromm等人，1986)是有用的，诱导 型启动子诸如ABA-和膨胀-可诱导的启动子也是有用的。PAL2启动子也可以用于本发明 (美国专利申请公布2004/0049802，其完整公开内容通过参考弓I入本文)。转录起始位点和编码序列起点之间的DNA序列，S卩非翻译前导序列，也可以影响 基因表达。因此，人们可能希望本发明的转化构建体使用特定的前导序列。考虑的前导序列 包括以下序列，其包含预测引导所附基因的最佳表达的序列，即，包括可以增加或维持mRNA 稳定性和防止不适当的翻译起始的优选的共有前导序列。本领域的技术人员根据本公开内 容将知道这种序列的选择。通常会优选来自于在植物中高度表达的基因的序列。据设想，可以构建根据本发明使用的载体，以包括ocs增强子元件。此元件首次被 鉴定为来自土壤杆菌的章鱼氨酸合酶(OCS)基因的16bp回文增强子(Ellis等人，1987)， 并在至少10个其他启动子中出现(Bouchez等人，1989)。当在植物转化中应用时，增强子元 件诸如ocs元件和尤其是该元件多个拷贝的使用可以用来提高自相邻启动子的转录水平。用于转基因植物中的基因的组织特异性靶向的载体通常包括组织特异性启动子， 也可以包括其他组织特异性控制元件诸如增强子序列。本领域的技术人员根据本公开内容 将会知道引导在某些特定植物组织中特异性或加强表达的启动子。这些包括，例如，绿色组 织特异性的rbcS启动子；在根或创伤叶组织中具有更高活性的ocs、nos和mas启动子。B.终止子根据本发明制备的转化构建体通常包括3'端DNA序列，该序列作为终止转录的 信号，并允许由可操作地连接至启动子的编码序列产生的mRNA的聚腺苷酸化。认为可用于这方面的终止子的例子包括那些来自根癌土壤杆菌的胭脂碱合酶基因(nos 3'端)的终 止子(Bevan等人，1983)、用于来自根癌土壤杆菌的章鱼氨酸合酶基因的T7转录物的终止 子和来自马铃薯或番茄的蛋白酶抑制剂I或II基因的3'端。在需要时可以进一步包括 诸如Adh内含子(Callis等人，1987)、蔗糖合酶内含子(Vasil等人，1989)或TMVΩ元件 (Gallie等人，1989)等调控元件。C.转运肽或信号肽翻译后从最初的翻译产物上除去、且促进蛋白质转运进入或通过细胞内或细胞外 膜的连接至表达基因的编码序列的序列，被称为转运序列(通常进入液泡、囊泡、质体和其 他细胞内细胞器)和信号序列(通常到达内质网，高尔基体和细胞膜外)。通过促进蛋白 质转运进入细胞内外的区室，这些序列可能会增加保护它们免受蛋白水解降解的基因产物 的积累。这些序列也允许来自高表达基因的另外的mRNA序列附加到该基因的编码序列上。 由于被核糖体翻译的mRNA比裸露的mRNA更稳定，在基因之前存在可翻译的mRNA可以增加 基因的mRNA转录物的总体稳定性，从而增加基因产物的合成。由于转运和信号序列通常在 翻译后从最初的翻译产物上除去，这些序列的使用允许增加可能不会出现在最终多肽中的 另外的翻译序列。还设想，为了提高蛋白质的稳定性可能需要某些蛋白质的靶向(美国专 利第5，545，818号，通过参考全部引入本文)。此外，可以构建载体，并在转基因植物细胞内的特定基因产物的细胞内靶向或引 导蛋白质进入细胞外环境中使用。这通常通过将编码转运或信号肽序列的DNA序列连接到 特定基因的编码序列上来实现。产生的转运或信号肽分别转运蛋白质到特定的细胞内或细 胞外的目的地，然后在翻译后除去。D.标记基因通过采用可选择或可筛选的标记蛋白，人们可以提供或加强鉴定转化体的能力。 “标记基因”为赋予表达标记蛋白的细胞独特的表型从而使这种转化的细胞与没有该标记 的细胞区分开来的基因。这些基因可以编码可选择或可筛选的标记，取决于以下情形标 记是否赋予一种性状，人们可以通过化学方法，即，通过使用选择剂(例如，除草剂、抗生 素等)进行“选择”；或者它是否只是一种性状，人们可以通过观察或试验鉴定，即通过“筛 查”(例如，绿色荧光蛋白)鉴定。当然，适当的标记蛋白的许多例子是本领域的技术人员 公知的，且可以用于实践本发明。编码“可分泌的标记”的基因也包括在术语“可选择的”或“可筛选的”标记之内， 所述“可分泌的标记”的分泌可以作为鉴定或选择转化细胞的方法被检测。这些例子包括 是可以通过抗体相互作用鉴定的可分泌抗原的标记，甚至是可以通过其催化活性检测的可 分泌的酶。可分泌的蛋白质分为许多种类，包括小型、可扩散的、例如通过ELISA可检测的 蛋白质；在细胞外液中可检测的小型活性蛋白质(例如，α-淀粉酶、β -内酰胺酶、草胺膦 乙酰转移酶)；和插入或嵌入细胞壁的蛋白质(例如，包括前导序列的蛋白质，例如，在伸展 蛋白或烟草PR-S的表达单位中发现的前导序列)。许多可选择的标记的编码区是已知的，且可以用于本发明，包括但不限于， neo (Potrykus等人，1985)，其提供卡那霉素抗性，且可以使用卡那霉素、G418、巴龙霉素等 筛选；bar，其赋予双丙氨膦(bialaphos)或草胺膦抗性；突变EPSP合酶蛋白(Hinchee等 人，1988)，赋予草甘膦抗性；腈水解酶诸如来自臭鼻克雷伯氏菌(Klebsiella ozaenae)的bxn，其赋予溴苯腈抗性(Stalker等人，1988)；突变乙酰乳酸合酶(ALS)，其赋予对咪唑啉 酮、磺脲类或其他ALS抑制化学品的抗性(欧洲专利申请154，204，1985)；抗甲氨蝶呤的 DHFRCThillet等人，1988)，一种茅草枯(dalapon)脱卤素酶，其赋予对除草剂茅草枯的抗 性；或突变的邻氨基苯甲酸合酶，其赋予对5-甲基色氨酸的抗性。能够用于系统中以选择转化体的可选择标记的示例性实施方式是那些编码 草胺膦乙酰转移酶的基因，诸如来自吸水链霉菌的bar基因或来自绿色产色链霉菌 (Streptomyces viridochromogenes)的pat基因。草胺膦乙酰转移酶(PAT)使除草剂双丙 氨膦、草胺膦(PPT)中的活性成分失活。PPT抑制谷氨酰胺合成酶(Murakami等人，1986 ； Twell等人，1989)，导致氨的快速积累和细胞死亡。可以使用的可筛选的标记包括β -葡糖醛酸糖苷酶(⑶幻或编码其各种发色底 物均已知的酶的UidA基因；R-基因座基因，其编码调节植物组织中花青素色素(红色) 产生的产物(Dellaporta等人，1988) ； β-内酰胺酶(Sutcliffe，1978)，其编码其各种发 色底物均已知的酶(例如PADAC，发色头孢菌素)；xylE基因(^ikowsky等人，1983)，其编 码可以转化发色儿茶酚的儿茶酚双加氧酶；α-淀粉酶基因(Ikuta等人，1990)；酪氨酸酶 基因(Katz等人，1983)，其编码一种酶，该酶能够氧化酪氨酸为DOPA和多巴醌，然后它们 缩合形成易于检测的化合物黑色素；β-半乳糖苷酶基因，其编码具有发色底物的酶；萤光 素酶(Iux)基因(Ow等人，1986)，其允许生物发光检测；水母发光蛋白基因(Prasher等 人，198 ，其可以用于钙敏感的生物发光检测；或编码绿色荧光蛋白的基因(Sheen等人， 1995 ；Haseloff 等人，1997 ；Reichel 等人，1996 ；Tian 等人，1997 ；WO 97/41228)。也考虑 编码绿色荧光蛋白(GFP)的基因作为特别有用的报告基因(Sheen等人，1995 ；Haseloff等 人，1997 ;Reichel等人，1996 ;Tian等人，1997 ;W0 97/41228)。绿色荧光蛋白的表达可以 在特定波长的光照射后在细胞或植物中可视化为荧光。V.保藏信息本文所公开的高粱系Tx3361保藏于美国典型培养物保藏中心(ATCC)，10801 University Blvd. ,Manassas,VA 20110-2209。保藏日期是 2009 年 6 月 25 日，那些保藏的 高粱品种Tx3361的种子的登记号为ATCC登记号PTA-10149。对于保藏的所有限制已被取 消，保藏是为了满足37 C.F.R. § 1.801-1. 809的所有要求。保藏将在保藏机构保持30年， 或最后请求之后5年，或专利的有效期，以较长者为准，如有必要，将在此期间更换。申请人 不放弃对于保藏材料的任何专利权。VI.实施例包括下面的实施例以证明本发明的优选的实施方式。本领域的技术人员应该理 解，以下实施例中公开的技术代表本发明人发现的在实践本发明中良好发挥功能的技术， 从而可以被视为构成用于其实践的优选方式。然而，本领域的技术人员根据本公开内容应 该理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下，在公开的具体实施方式
中作出许多 变化，而仍然获得相同或类似的结果。实施例1改良的具有iap iap基因型的高粱系的开发在栽培的高粱和其他野生高粱种之间产生杂种存在生殖障碍(Hodnett等人， 2005)。该障碍在合子形成前(prezygotic)，因为高粱雌蕊中的野生高粱种的花粉管在到达和对卵细胞受精之前停止生长(Price等人，2006)。称为lap (外来花粉的抑制)的单基因基因座是栽培的高粱(二色高粱L. Moench) 和Eu-高梁部分以外的野生高粱种之间生殖隔离的一个原因。在纯合隐性条件下，iap iap基因型消除这种生殖隔离，并允许回收二色高粱和野生高粱亲缘植物之间的杂种高粱 (Hodnett等人，2005 ;Price等人，2006)。首先在二色高粱登记‘NR481，中鉴定了基因型 (Laurie和Bennett，1989)，但这种登记物具有非常不理想的农艺特性如高的高度、有色种 皮和对倒伏的极端敏感性。它用于基因渗入程序的潜力有限，因为基因渗入后代中恢复的 任何野生种的遗传变异处于较差的遗传背景中。开发具有显著改善的农艺性能以及ms3遗传雄性不育系统分离的具有iap iap基 因型的改良的二色高粱种质。从遗传雄性不育BTx623 (包含遗传雄性不育性ms3等位基因 的BTx623的衍生物)与NR481( —种对于iap等位基因纯合的系)之间的杂交开发该系。该 杂种与BTx623ms3亲本回交一次。能育的BClFl后代进行自花授粉，且在College Station, TX 2005根据3-矮化高度、白色果皮、无芒、没有种皮色素和减少的倒伏选择。在温室中培 育BC1F2后代，手工去雄并测试玉米花粉管的生长(Laurie和Bennett，1989)。lap基因座 的基因型基于授粉后M小时定性测量的玉米花粉管向高粱雌蕊中花柱基部的生长。显示 玉米花粉管向花柱基部生长的个体被认为是iap iap (图1)。选择的iap iap个体进行自 花授粉，且在下一季节在College Mation，TX中培育后代排。评价系的倒伏、高度、芒以及 ms3等位基因的分离。亲缘配对ms3分离排中的选择的雄性能育和不育植物(BC1F3)。在 ffeSlaC0，TX培育各个亲缘杂交体，并评估ms3的稳定的回交分离、倒伏、高度、成熟度，且玉 米花粉管的生长被用来确认其Iap基因座基因型(表1和幻。在雄性能育和不育植物之间 对选择的系大量进行亲缘配对，以产生提出的遗传原种的培育者的种子。选定的系是Al细 胞质雄性不育系统中不育性的维持者。观察到的iap iap基因型的表达、玉米花粉管向花柱基部的生长处于比以前报道 的(Laurie和Bennett，1989)更低的频率，并有可能受到环境影响。在所有测试环境中， Tx3361具有类似于NR481的表达。这种遗传原种可以用作母本，以获得与外来高粱种和可 能与该属外的种的种间杂交。任何回收的基因渗入处于对于进一步的评价和育种更有利的 遗传背景中。表1 在flfesalco，TX 2006评估的两个亲本和提出的遗传原种的农艺性状
2权利要求
1.一种通过高粱亲本植物与甘蔗亲本植物杂交产生的属间杂种植物，其中，所述高粱 亲本植物对于隐性iap等位基因是纯合的。
2.根据权利要求1的植物，其中，所述高粱亲本植物为二色高粱植物。
3.根据权利要求1的植物，其中，所述高粱亲本植物为雄性不育的。
4.根据权利要求3的植物，其中，所述高粱亲本植物为高粱系Tx3361的植物。
5.根据权利要求1的植物，其中，所述甘蔗亲本植物为甜根子草、甘蔗或甘蔗χ甜根子 草杂种植物。
6.根据权利要求5的植物，其中，所述甘蔗亲本植物为甘蔗品种L06-024、HoCP05-904 或 Ho06-562。
7.根据权利要求1的植物，其进一步包含转基因。
8.根据权利要求7的植物，其中，所述转基因赋予抗病性、抗虫性、除草剂抗性、耐旱 性、耐盐性、雄性不育性或增强的糖含量。
9.根据权利要求1的植物的植物部分。
10.根据权利要求9的植物部分，进一步定义为原生质体、细胞、配子、分生组织、根、雌 蕊、花药、花、种子、胚、茎或叶柄。
11.根据权利要求10的植物部分，进一步定义为2η植物配子。
12.—种产生权利要求1所述的植物的种子。
13.根据权利要求12的种子，进一步定义为用包含杀虫剂、杀真菌剂、营养物质或水或 温度敏感的聚合物的试剂或提高种子的机械处理性能、种子萌发、幼苗建立或生长的试剂涂覆。
14.从权利要求1所述的植物获得的商业产品。
15.根据权利要求14的商业产品，其中，所述商业产品是可发酵的生物燃料原料、甘蔗 汁、糖蜜、甘蔗渣、乙醇、生物柴油或糖。
16.根据权利要求1的植物的后代植物，其中，所述后代包括高粱亲本植物的至少第一 染色体或其片段和甘蔗亲本植物的至少第一染色体或其片段。
17.权利要求1所述的植物的可再生细胞的组织培养物。
18.根据权利要求17的组织培养物，其中，所述可再生细胞来自胚、分生组织细胞、花 粉、叶、根、根尖、花药、雌蕊、花、种子、圆荚或茎。
19.由权利要求17所述的组织培养物再生的植物。
20.一种生产商业产品的方法，包括获得权利要求1所述的植物或其部分，和由其生产 商业产品。
21.根据权利要求20的方法，其中，所述商业产品是可发酵的生物燃料原料、甘蔗汁、 糖蜜、甘蔗渣、乙醇、生物柴油或糖。
22.一种包含赋予雄性不育性的等位基因的高粱植物，其中，所述植物对于隐性iap等 位基因是纯合的。
23.根据权利要求22的高粱植物，其中，所述等位基因为ms3。
24.一种产生权利要求22所述的高粱植物的种子。
25.—种产生属间杂种胚或种子的方法，所述方法包括高粱亲本植物与甘蔗亲本植物 杂交，其中，该高粱植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的，且用作母本。
26.根据权利要求25的方法，包括拯救杂交产生的胚。
27.根据权利要求25的方法，包括培养杂交产生的胚，以产生属间杂种植物。
28.根据权利要求25的方法，其中，所述胚包括在具有功能性胚乳的种子中。
29.一种通过高粱亲本植物与不同属的第二单子叶植物杂交产生的属间杂种植物，其 中，所述高粱亲本植物对于隐性iap等位基因是纯合的。
30.根据权利要求四的植物，其中，所述高粱亲本植物为二色高粱植物。
31.根据权利要求四的植物，其中，所述高粱亲本植物包括雄性不育性。
32.根据权利要求31的植物，其中，所述高粱亲本植物为高粱系Tx3361的植物。
33.根据权利要求四的植物，其中，所述第二单子叶植物为禾本科植物。
34.根据权利要求四的植物，其中，所述第二单子叶植物为甘蔗属、芒属、甘蔗属χ芒属 杂种、蔗茅属、印第安草属、黍属、狼尾草属或玉蜀黍属植物。
35.根据权利要求四的植物，其中，所述第二单子叶植物为柳枝稷、紫狼尾草、 绿毛狼尾草、珍珠狼尾草、大须芒草、沙地须芒草、裂稃草、黄假高粱、芦竹、Tripsicum dactyloides、碱地鼠尾粟、五节芒、中国芒、玉米、尼加拉瓜玉米、多年生玉米或大刍草植 物。
36.根据权利要求四的植物，其进一步包含转基因。
37.根据权利要求36的植物，其中，所述转基因赋予抗病性、抗虫性、除草剂抗性、耐旱 性、耐盐性、雄性不育性或增强的糖含量。
38.根据权利要求四的植物的植物部分。
39.根据权利要求38的植物部分，进一步定义为原生质体、细胞、配子、分生组织、根、 雌蕊、花药、花、种子、胚、茎或叶柄。
40.根据权利要求39的植物部分，进一步定义为2η植物配子。
41.一种产生权利要求四所述的植物的种子。
42.根据权利要求41的种子，进一步定义为用包含杀虫剂、杀真菌剂、营养物质或水或 温度敏感的聚合物的试剂或提高种子的机械处理性能、种子萌发、幼苗建立或生长的试剂涂覆。
43.从权利要求四所述的植物获得的商业产品。
44.根据权利要求43的商业产品，其中，所述商业产品是可发酵的生物燃料原料、甘蔗 汁、糖蜜、甘蔗渣、乙醇、生物柴油或糖。
45.根据权利要求四的植物的后代植物，其中，所述后代包括高粱亲本植物的至少第 一染色体或其片段和第二单子叶亲本植物的至少第一染色体或其片段。
46.权利要求四所述的植物的可再生细胞的组织培养物。
47.根据权利要求46的组织培养物，其中，所述可再生细胞来自胚、分生组织细胞、花 粉、叶、根、根尖、花药、雌蕊、花、种子、圆荚或茎。
48.由权利要求46所述的组织培养物再生的植物。
49.一种生产商业产品的方法，包括获得权利要求四所述的植物或其部分，和由其生 产商业产品。
50.根据权利要求49的方法，其中，所述商业产品是可发酵的生物燃料原料、甘蔗汁、 糖蜜、甘蔗渣、乙醇、生物柴油或糖。
51.一种产生属间杂种胚或种子的方法，所述方法包括高粱亲本植物与第二单子叶亲 本植物杂交，其中，该高粱植物对于隐性高粱iap等位基因是纯合的，且用作母本。
52.根据权利要求51的方法，包括拯救杂交产生的胚
53.根据权利要求51的方法，包括培养杂交产生的胚，以产生属间杂种植物。
54.根据权利要求51的方法，其中，所述胚包括在具有功能性胚乳的种子中。
55.根据权利要求51的方法，进一步包括使属间杂种植物回交，以获得第三单子叶植物。
56.根据权利要求55的方法，进一步包括使第三单子叶植物近交，以产生对于至少一 个基因渗入的性状或基因而言为纯合的基因渗入后代。
57.根据权利要求51的方法，其中，所述高粱亲本植物包含赋予遗传或细胞质雄性不 育性的基因。
58.根据权利要求57的方法，其中，所述高粱亲本植物为高粱系Tx3361的植物。
59.根据权利要求51的植物，其中，所述单子叶亲本植物选自禾本科。
60.根据权利要求51的方法，其中，所述单子叶亲本植物选自甘蔗属、芒属、蔗茅属、玉 蜀黍属、印第安草属、黍属和狼尾草属。
61.根据权利要求51的方法，其中，所述单子叶亲本植物为甘蔗、甜根子草或甘蔗χ甜 根子草杂种植物。
62.根据权利要求51的方法，其中，所述单子叶植物为柳枝稷、紫狼尾草、绿毛狼尾草、 珍珠狼尾草、大须芒草、沙地须芒草、裂稃草、黄假高粱、芦竹、Tripsicum dactyloides、碱 地鼠尾粟、五节芒、中国芒、玉米、尼加拉瓜玉米、多年生玉米或大刍草植物。
63.根据权利要求51的方法，其中，高粱亲本植物与第二单子叶亲本植物杂交包括 (i)从单子叶亲本植物收集花粉；和( )用所述花粉对高粱亲本植物的花授粉。
64.根据权利要求51的方法，其中，所述属间杂种植物或种子用染色体加倍剂处理。
65.根据权利要求64的方法，其中，所述染色体加倍剂为化学染色体加倍剂。
66.根据权利要求51的方法产生的属间杂种种子、植物或其部分。
67.根据权利要求53的植物的后代属间杂种植物，其中，所述后代包括高粱亲本植物 的至少第一染色体或其片段和第二单子叶亲本植物的至少第一染色体或其片段。
全文摘要
用于生产属间杂种植物的方法及由其生产的植物。在某些方面，通过包含突变高粱iap等位基因的高粱亲本植物与第二单子叶植物杂交产生属间杂种植物。也提供了使用这样的植物的方法及由此获得的产物。
文档编号A01H1/02GK102118965SQ200980129001
公开日2011年7月6日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年7月24日
发明者D·M·斯特利, G·L·霍德内特, L·C·库尔曼, W·L·罗尼 申请人:德克萨斯A&M大学体系