具有增加的籽粒蛋白质含量的小麦植物的制备和使用方法

专利名称：具有增加的籽粒蛋白质含量的小麦植物的制备和使用方法
专利说明具有增加的籽粒蛋白质含量的小麦植物的制备和使用方法 发明领域 本发明涉及农业领域，特别地涉及用于制备和使用具有增加的籽粒蛋白质含量的小麦植物的新型方法。

背景技术：
小麦的籽粒蛋白质含量对于营养价值的改进是重要的，而且小麦的籽粒蛋白质含量还是制作面包的主要贡献因素(Dick & Youngs(1988)＂Evaluation of durum wheat，semolina，and pasta in theUnited States＂，Durum wheatChemistry and technology，AACC，St.Paul，MN，pp.237-248；Finney等人(1987)＂Quality of hard，soft，and durum wheats＂.E.G.Heyne(ed.)Wheat and wheatimprovement，Agron.Monogr.13，第2版，ASA，CSSA，and SSSA，Madison，WI，pp.677-748；Khan等人(2000)Crop Sci.40518-524)。由于具有高籽粒蛋白质的小麦的溢价，因此其对于栽培者而言也是重要的性状(Olmos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1071243-1251)。虽然对于高籽粒蛋白质含量所进行的育种已经付出了很多努力，但由于控制性状的遗传学和与环境相互作用的复杂性使得进展很慢。研究已经鉴定出了几种关于籽粒蛋白质含量的QTL(Turner等人(2004)J.Cereal Sci.4051-60；Joppa等人(1997)Crop Sci.371586-158；Perretant等人(2000)Theor.Appl.Genet.1001167-1175；Prasad等人(1999)Theor.Appl.Genet.99341-345；Groos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1061032-1040；Groos等人(2004)J.Cereal Sci.4093-100；Shewry等人(1997)J.Sci.FoodAgric.73397-406)。在给定类别或类型的小麦中，1至2％的籽粒蛋白质含量的提高被认为是显著增加(Tokatilidis等人(2004)Field Crops Res.8633-42；Olmos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1071243-1251；Mesfin等人(2000)Euphytica 116237-242)。籽粒蛋白质含量受环境条件例如土壤肥力、温度、氮营养、降雨量或温度的影响(Bhullar & Jenner(1985)Aust.J.Plant Physiol.12363-375；Wardlaw & Wrigely(1994)Aust.J.Plant Physiol.21695-703；Daniel & Triboi(2000)J.Cereal Sci.3245-56；Metho等人(1999)J.Sci.Food Agric.791823-1831)。研究还表明，高蛋白质对于产量具有负面影响(Cox等人(1985)Crop Sci.25430-435；Day等人(1985)J.Plant Nutrition 8555-566)；然而其他人提出，培育出具有这两种性状的小麦应该是有可能的(Day等人(1985)J.Plant Nutrition 8555-566；Johnson等人(1978)＂Breeding progress for protein and lysine in wheat＂，Proceedings of the Fifth International Wheat Genetics Symposium，New Delhi，India，pp.825-835)。当然，具有单个基因性状或影响籽粒蛋白质的紧密相关的性状将在改善面包制作和面包小麦(breadwheat)的营养价值方面提供显著的优点，特别是如果该性状或紧密相关的性状允许快速和成本有效的选择。
发明概述 本发明提供了用于制备小麦植物的方法，所述小麦植物产生具有增加的籽粒蛋白质含量的籽粒。本发明基于这样的令人惊奇的发现，即小麦植物在其基因组中包含至少一个拷贝的编码AHASL1A蛋白的AHASL1A基因，所述AHASL1A蛋白在普通小麦(Triticum aestivum)AHASL1A蛋白中的氨基酸位置579处包含丝氨酸-天冬酰胺置换。因为相应的丝氨酸-天冬酰胺置换在拟南芥(Arabidopsis thaliana)AHASL1蛋白中位于氨基酸位置653处，所以该氨基酸置换在本文也称为S653N置换。本发明的方法包括在植物中引入至少一个拷贝的小麦AHASL1A基因，所述AHASL1A基因编码包含S653N置换的AHASL1A蛋白。这样的基因可以通过诸如异花传粉、诱变和转化的方法来引入。本发明的方法可以进一步包括使包含AHASL1A S653N基因的小麦植物或其后代植物进行生长以产生籽粒，并测定由所述小麦植物或后代植物所产生的籽粒的蛋白质含量。另外，所述方法还包括选择包含小麦AHASLA1 S653N基因的植物，例如通过向所述植物和/或向其中所述植物正在生长或将要生长的土壤或其他基质施用有效量的AHAS抑制性除草剂。
本发明进一步提供了小麦植物、植物器官、植物组织和植物细胞，和高蛋白质籽粒，以及衍生自由本发明的小麦植物所产生的高蛋白质籽粒的人和动物食品。还提供了使用本发明的高蛋白质籽粒来生产人和动物食品的方法。
附图简述

图1为体外研究结果的图示，该研究使用从BW255-2和对照BW255品系的小麦植物制备的酶提取物来测定缬氨酸和亮氨酸对于AHAS活性的反馈抑制。BW255-2品系对于AHASL1A S653N等位基因而言是纯合体。BW255在AHASL1A基因方面是纯合的野生型，并且是被诱变以产生BW255-2品系的亲本品系。
发明详述 本发明提供了小麦植物的制备和使用方法，所述小麦植物包含具有增加的籽粒蛋白质含量的籽粒。本发明包括在小麦植物中引入至少一个拷贝的小麦AHASL1A基因，所述小麦AHASL1A基因编码包含S653N置换的AHASL1A蛋白。这样的基因可以通过诸如异花传粉、诱变和转化的方法来引入。本发明的方法可以进一步包括使包含AHASL1A S653N基因的小麦植物或其后代植物进行生长以产生籽粒，并测定由所述小麦植物或后代植物所产生的籽粒的蛋白质含量。当与不含小麦AHASL1A S653N基因的小麦植物相比较时，通过本发明方法所产生的小麦植物及其后代植物包含增加的籽粒蛋白质含量。
本发明的方法可用于开发具有增加的籽粒蛋白质含量的新型小麦栽培种。当与现有方法相比较时，本发明的方法显著降低了对于开发高蛋白质小麦而言所需的育种努力，这是因为本发明的方法由于将高蛋白质小麦性状与可容易地选择的除草剂抗性性状相连而提供了强大的选择优势。此外，小麦AHASL1A S653N基因的可选择分子标记物是本领域中已知的，因此所述可选择分子标记物有助于关于具有增加的籽粒蛋白质含量的小麦的标记辅助育种方法。参见，美国专利申请
发明者W·J·霍维, R·E·凯勒, D·R·卡尔森, M·L·达莫尔, B·K·辛 申请人:巴斯夫农业化学产品公司