具有丛生生长习性的三倍体西瓜植物的制作方法
【专利说明】具有丛生生长习性的三倍体西瓜植物 发明领域
[0001] 本发明涉及植物育种和植物改良领域。本发明提供新的杂交种西瓜植物和可以 生长成这样的植物的种子，所述植物具有"丛生"（"bush"）生长习性（包含隐性"bush基 因"，称为"b"）且其染色体组成为三倍体（2n = 3x = 33)。当以正常的二倍体（2n = 2x = 22)花粉（可从授粉者获取）对这些三倍体杂交种植物授粉时，这些植物生产出高质量的 三倍体无籽果实。由于该三倍体杂交种植物具有丛生生长习性，其具有短的最长蔓藤（等 于或小于150厘米，更优选等于或小于140厘米，特别是等于或小于100厘米）和短的节间 长度，因此，相比于传统的非丛生三倍体西瓜杂交种，这种植物能够在田间以更高的密度种 植，从而导致相比于具有正常生长习性（具有大于200或大于300厘米的平均最长蔓藤长 度）的三倍体杂交种，更高的每公顷果实产量。根据本发明的三倍体丛生植物的平均植物 直径等于或小于300厘米，优选280厘米，特别是等于或小于200厘米，而其它特征例如叶 片大小和果实大小与正常生长型的三倍体西瓜植物类似。本发明还提供了自交二倍体丛生 西瓜植物（bb)和自交四倍体（2n = 4x = 44)丛生西瓜植物（bbbb)，它们分别用作父本和 母本，以生产根据本发明的三倍体丛生杂交种西瓜植物（bbb)。此外，还提供可以从根据本 发明的三倍体丛生植物获得的三倍体无籽果实、以及可以生长出该三倍体丛生杂交种植物 的种子。还提供用于培育三倍体丛生杂交种的方法和用于栽培三倍体丛生杂交种的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 无轩西瓜（Citrullus lanatus (Thunb. )Matsum. And NaL )是通过使用来自二 倍体父本植物的花粉给四倍体母本植物的花授粉生产的。以二倍体花粉给四倍体花授粉 会导致三倍体的杂交种 Fl 种子（Kihara，1951，Proceedings Of American Society for Horticultural Science 58 :217-230 ;Eigsti 1971，Hort Science 6:1-2)。从这些 Fl 种 子生长的三倍体杂交种植物是自交不育的，因为它们由于染色体不平衡而产生不育的花粉 (Fehr，1987)。因此，需要以二倍体授粉者（pollenizer)对三倍体杂交种授粉来产生西瓜 果实。因此，将三倍体植物与授粉者植物间种来生产果实。授粉后，在三倍体杂交种植物上 产生的"无籽"果实不是真正无籽的，而是常常包含一些未发育的、苍白小种子，这些种子是 可食用的。
[0004] 为了使结实达到最佳，需要充足活力的花粉。通常以每2-4株三倍体植物1株授 粉者的比率来种植植物。将二倍体植物和授粉者隔行种植（例如，1行授粉者和2-4行二倍 体），或在行内间种（例如，在同一行中每2至3株三倍体植物间隔种植1株授粉者植物）， 或在三倍体行间的窄行中间种（见US 2006/0168701，表2)。优选在授粉者植物上产生的 果实具有与三倍体杂交种上的果实不同的果皮样式，以便容易地区分它们。
[0005] 关于无籽西瓜的生产，还存在一些问题：例如四倍体母系（通过以秋水仙素处理 幼苗使染色体加倍）的生产，二倍体授粉者和三倍体母本植物之间的兼容性，以及三倍体 种子通常具有较厚的种皮而使其活力和发芽率降低。果实质量和一致性也通常是一个问 题，同样由于以上要求导致的三倍体种子的高生产成本也是一个问题。
[0006] 制备具有所需性状的稳定的四倍体自交母系并不简单，其并不像选择一个好的二 倍体和使用例如秋水仙素处理来加倍染色体那样简单。在获得一些具有加倍染色体的细胞 和再生出植物后，需要多代的自花授粉（自交）以稳定（固定）四倍体和消除不需要的染 色体畸变。
[0007] 通常使用具有较短蔓藤和/或较短节间的紧凑（或矮小）二倍体授粉者植物在 正常（非矮小）杂交种三倍体母本上诱导无籽果实，和/或在授粉者植物自身上生产包含 种子的果实。例如，Side Kick(Harris Morin)品种作为授粉者用于正常杂交种三倍体的 果实生产（无籽）和/或授粉者的果实生产（有籽）。Side Kick是二倍体授粉者，其包 含纯合隐性等位基因 hmbn (US 7, 314, 979B2)，该基因导致更多的分枝（多分枝）和因此更 "紧凑的"二倍体授粉者植物。此外，纯合hmbn hmbn植物的二倍体授粉者果实比正常果实 小（1.6kg，相比于正常二倍体的8. 98kg)。另一方面，通过以例如Side Kick的授粉者给 正常的杂交种三倍体授粉而产生的三倍体无籽果实为13-21镑（5. 8-9. 5kg)的大的无籽果 实。HMBN紧凑型（hmbn hmbn)不如已知的二倍体矮小突变体（dw-1 dw-Ι，例如品种Bush Jubilee ;或dw-2dw_2,例如品种J86)紧凑，但比标准的二倍体类型（例如Allsweet)紧凑， 见 US 7, 314, 979 中表 1 和 US 8, 034, 999 中表 1。HMBN 紧凑型（hmbn hmbn)的二次分枝 (平均为44. 9)比正常二倍体（平均为14. 7)或已知的矮小二倍体（平均为19. 3和7. 3) 的多得多，而其节间长度（平均为4. 4厘米）比已知的矮小二倍体（平均为3. 4和4. 1厘 米）的长，但比正常类型二倍体（平均为7. 2厘米）的短。
[0008] US 7, 164, 059描述了短蔓藤的二倍体授粉者及其用于给正常生长习性（正常生 长型）三倍体杂交种授粉的用途。该短蔓藤授粉者被描述为具有短于3英寸（短于7. 6厘 米）的平均节间长度和/或小于1.8米的植物直径。通过组合使用短蔓藤授粉者和正常习 性的三倍体，据说每英亩可以多种植33 %至50%的三倍体（约每英亩2000株三倍体，加上 每英亩400至1200株二倍体授粉者；这相当于每公顷4942株三倍体，加上每公顷988至 2965株二倍体授粉者）。
[0009] US 7, 115, 800描述了具有平均重量小于5. 4kg(3. 6至4. Okg)的无籽西瓜果实的 生产。使用"小的"自交四倍体和"小的"自交二倍体亲本系生产该三倍体西瓜植物，其中 "小的"指果实大小而不是指植物的大小。生产小果实的该三倍体杂交种植物具有正常的生 长型，其具有320厘米或更长的蔓藤长度或8厘米或更长的节间长度。
[0010] US 2008/0005814和US 2008163388描述了四倍体西瓜植物的开发，所述四倍体 西瓜植物适合用作生产具有小的、无籽果实的三倍体杂交种的母本。该四倍体植物具有正 常的营养生长习性。当以二倍体授粉者对其授粉时，产生小的果实（1.5至2. 5kg)。
[0011] US 2008/0244764描述了从二倍体Calsweet演变过来的正常生长型的四倍体西 瓜株系。
[0012] US 2006/0168701和US 2003/0172414描述了用于给三倍体植物授粉由此引起三 倍体无籽果实坐果的二倍体授粉者（"超级授粉者"）。该授粉者具有比典型的二倍体授粉 者例如Sangria的表面积小5至12倍的叶片，能够紧挨着正常类型三倍体杂交种生长。授 粉者分枝浓密（花边蔓藤（lacy vines)或开放蔓藤（open vines))，降低了对空间、营养和 光照的需求，使得更多的空间、营养和光照用于三倍体杂交种植物。根据该专利申请，使用 该授粉者可以每英亩多生产25%至33%的无籽西瓜。
[0013] US 6, 355, 865B1描述了具有至少两个以下特征的授粉者植物：（a)突出的果实表 型，（b)大量的雄性花，（c)持续开花，（d)早花，和/或（e)改变了的植物形态和生长习性， 具有更细长的蔓藤。由于该二倍体授粉者更细长和产生更多的花，可以按1 : 3至1 : 5 的比率（授粉者：三倍体杂交种）而不是通常的1 : 2的比率对其进行种植。
[0014] 除了上述hmbn(多分枝）突变外，还描述了 4个其它基因，当突变体等位基因以 纯合形式存在时，这些基因在二倍体西瓜中导致矮小/紧凑植物习性。这些基因被命名为 dw-l，dw-ls(dw_l 的等位基因），dw_2和 dw_3(Guner和Wehner 2004，Hort Science 39(6): 1175-1182)。这些突变体中的一些已被用于生产矮小或短蔓藤二倍体授粉者，例如Bush Jubilee。
[0015] 然而，迄今还不能产生能够生产高质量无籽果实的三倍体丛生杂交种植物。
[0016] 本发明的一个目的是提供具有丛生生长习性和生产高质量无籽果实的三倍体杂 交种。本发明的另一个目的是提供用于生产这样的三倍体杂交种植物和/或三倍体果实的 方法。
[0017] 相比于正常类型三倍体，例如Boston Fl或Fashion F1，丛生三倍体植物在田间占 较少的空间，能够以相互和/或与授粉者更挨近的方式生长。与非丛生（正常生长习性） 西瓜三倍体杂交种例如Boston Fl或Fashion Fl相比，每公顷能够种植的丛生三倍体植物 的数量为至少1. 5倍、1. 7倍、2倍、2. 5倍或甚至3倍。由于丛生三倍体植物的植物直径减 小但不影响叶片大小或果实大小，因此可以实现每公顷较高的三倍体果实产量。与正常类 型的三倍体杂交种相比，使用根据本发明的三倍体丛生杂交种，每公顷生产的果实量为至 少约1. 25倍、优选至少约1. 5倍。
[0018] 在一个实施方案中，还提供了用于培育丛生三倍体西瓜植物（bbb)的方法，以及 用于在商业化无籽果实生产中栽培丛生三倍体西瓜植物的方法。
[0019] 本发明也涵盖能够生长出三倍体丛生杂交种植物的种子，并涵盖植物部分、体外 繁殖材料、细胞或组织培养物、收获的果实等。
[0020] 在另一个实施方案中，本发明提供四倍体丛生植物和能够生长出这样的四倍体丛 生植物的种子，以及该植物的植物部分（细胞、花粉、花药、胚珠、花等）和体外繁殖材料。
[0021] 一般定义
[0022] 动词"包含"及其变化形式以其非限定性含义使用，意指包括该词后面的条目，但 也不排除没特定提及的条目。此外，以不定冠词"a"或"an"提及元素时，不排除存在一个 以上元素的可能性，除非上下文清楚要求存在一个且仅一个所述元素。因此，不定冠词"a" 或"an"通常意指"至少一个"，例如"a plant"也指几个植物等。类似地，"a fruit"或 "a plant"也指果实和植物的复数。
[0023] 如本文中使用，术语"植物"包括整株植物或其任何部分或衍生物，所述部分或衍 生物优选具有与其来源的植物相同的遗传组成，例如植物器官（例如收获的或未收获的果 实，叶，花，花药等）、植物细胞、植物原生质体、能够再生出整株植物的植物细胞组织培养 物、植物愈伤组织、植物细胞块、植物外植体、幼苗、在植物中的完整的植物细胞、植物克隆 或微繁殖体，或