专利名称：具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法引入作为参考的是以下优先权申请US 61/308315和EP 10154794. I。本发明一般涉及分子生物学领域，并涉及通过调节植物中编码富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP，在下文中也称为Ρ0Ι)的核酸的表达来增强植物中产量相关性状的方法。本发明还涉及具有编码富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其他对照植物具有增强的产量相关性状。本发明还提供用于本发明方法的构建体。具有特殊经济意义的性状是增加的产量。产量通常定义为来自农作物的经济价值的可测量结果。该结果可以就数量和/或品质方面进行定义。产量直接取决于几个因素，例如器官的数目和大小、植物结构(例如苗的数目)、种子产生，和叶衰老等。根发育、养分摄入、胁迫耐受性和早期萌发势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。优化上述因素因而可以促使增加作物产量。在田地条件下,植物性能,例如生长、发育、生物量积累和种子产生取决于植物对 许多环境条件、变化和胁迫的耐受性和适应性能力。农业生物技术人员使用几个参数的测量结果，其表明转基因对农作物产量的潜在影响。对于饲料作物，像苜蓿、青贮饲料和干草，植物生物量与总产量相关。然而对于谷类作物，其他参数已经用于评估产量，如植物大小，如通过总植物干重和鲜重、地上和地上干重和鲜重、叶片面积、茎体积、植物高度、叶长、根长、分蘖数目和叶数目测定。早期发育阶段的植物大小通常与发育晚期的植物大小相关。具有较大叶片面积的较大植物通常比较小的植物吸收更多的光和二氧化碳，并因此将可能在相同的期间内获得更多的重量。植物大小和生长速率具有强的遗传组分，并因此对于不同基因型范围，一种环境条件下的植物大小有可能与另一种环境条件下的大小相关。这样，标准环境可用于近似田地中农作物遇到的不同的和动态的环境。显示一种非生物胁迫耐受性的植物经常显示对另一种环境胁迫的耐受性。在机制水平上未了解交叉耐受性的这种现象。然而，合理地预期因表达转基因而对低温，例如冰冷温度和/或冰冻温度显示增强的耐受性的植物也对干旱和/或盐和/或其他非生物胁迫显示耐受性。已经表征了参与植物中胁迫应答、水分利用和/或生物量的一些基因，但迄今为止，培育具有提高产量的转基因农作物上的成功受到限制。结果，需要鉴定这样的基因，当过表达或下调时其赋予在最佳和/或次优生长条件下对多种胁迫的增加的耐受性和/或提高的产量。目前已经发现，可通过调节植物中编码POI(目的蛋白质)多肽的核酸的表达在植物中增加产量并增强多种产量相关性状。发明概述令人惊奇的是，目前已经发现调节编码富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的核酸的表达产生了这样的植物，其相对于对照植物具有提高的产量和产量相关性状，特别是如通过总重量和种子数测定的种子和/或根产量，和提高的产量相关性状，特别是种子饱满率、饱满种子数，苗和/或根生物量。根据一个实施方案，提供了用于改善植物相对于对照植物的产量相关性状的方法，其包括调节植物中编码富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的核酸的表达。因此根据本发明，此处鉴定的基因可用于增强产量相关性状。可在田地试验中测定转基因植物及其合适的对照植物的增加的产量。或者，可在最佳的受控生长条件下的模式植物中测定转基因增加产量的能力。可通过测量以下表型的任何一种或任何组合来测定相比于对照植物增加的产量性状植物干的可收获部分的产量、植物干的地上可收获部分的产量、植物地下干的可收获部分的产量、植物鲜重可收获部分的产量、植物地上鲜重可收获部分的产量、植物地下鲜重可收获部分的产量、植物果实(鲜的和干的)的产量、种子(鲜的和干的)的产量、谷粒干重等。可通过以下方面显示植物提高的固有产量能力种子产量的提高(例如，增加的种子/谷粒大小、增加的穗数、每穗增加的种子数、种子饱满的提高、种子组成的改善等)；固有生长和发育的改善(例如植物高度、植物生长速率、荚果数、节间数、开花时间、荚果落粒、结瘤和固氮的效率、碳同化效率、幼苗活力/早期萌发势的改善、提高的萌发效率、植物结构的改善、细胞周期修饰等)。
也可改善产量相关性状，以增加植物对非生物环境胁迫的耐受性。非生物胁迫包括干旱、低温、盐度、渗透胁迫、遮蔽、高植物密度、机械胁迫和氧化胁迫。可监测以决定对非生物环境胁迫的增强的耐受性的额外表型包括，但不限于萎蔫；叶变褐；膨压；叶或针叶下垂和/或脱落；叶或针叶的过早衰老；叶或针叶中叶绿素损失和/或叶黄化。可在田地试验中的农作物中或在受控生长条件下的模式植物中监测上述任何产量相关表型，以阐明转基因植物对非生物环境胁迫具有增加的耐受性。定义多肽/蛋白质术语“多肽”和“蛋白质”在本文中互换使用，并指通过肽键连接在一起的任何长度聚合形式的氨基酸。多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列术语“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在本文中互换使用，并指任何长度聚合的未分支形式的核苷酸——核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或两者的组合。同源物蛋白质的“同源物”包括相对于讨论的未修饰蛋白质具有氨基酸替换、缺失和/或插入并与其来源的未修饰蛋白质具有相似生物学活性和功能活性的肽、寡肽、多肽、蛋白质和酶。缺失指从蛋白质中去除一个或多个氨基酸。插入指一个或多个氨基酸残基引入到蛋白质中预定位置上。插入可包含N末端和/或C末端融合以及单个或多个氨基酸的序列内插入。一般地，氨基酸序列内的插入比N末端或C末端融合小约I到10个残基。N末端和/或C末端融合蛋白质或肽的实例包括如用于酵母双杂交系统的转录激活子的结合域或激活域、噬菌体外壳蛋白、(组氨酸)-6-标签、谷胱甘肽S转移酶标签、A蛋白、麦芽糖结合蛋白、二氢叶酸还原酶、Tag · 100表位、c-myc表位、FLAG 表位、IacZ, CMP (钙调蛋白结合肽)、HA表位、C蛋白表位和VSV表位。替换指蛋白质的氨基酸用具有相似性质(如相似疏水性、亲水性、抗原性、形成或破坏α -螺旋结构或β -折叠结构的倾向性)的其他氨基酸替换。氨基酸替换通常是单个残基的替换，但根据置于多肽上的功能限制可以是成簇的，并且可以在I到10个氨基酸范围内；插入一般是大约I到10个氨基酸残基的插入。氨基酸替换优选保守氨基酸替换。保守替换表为本领域所熟知(参阅例如Creighton (1984) Proteins, ff. H. Freeman和Company (编辑)以及下文的表I)。表I :保守氨基酸替换的实例
权利要求
1.用于相对于对照植物增强植物中产量的方法，其包括调节植物中多肽的活性，其中所述多肽包含至少一个SP、SPP、AP或PA基序并且其中所述多肽包含一个或多个以下基序(i)基序4(SEQ ID NO:44):G[VA]I[VA]A[AV][CAG][MV][VL]G[LF][GA][AG][LFM]V[Yff] [KR]KR[QR] [QADE]NI [RQ]R[SA] [RDQ]YGY,(ii)基序2 (SEQ ID NO:42) :M[SN] [GS]GKKAG[IV] [AV] [VL],(iii)基序3 (SEQ ID NO:43):AR[RL]E[LI]L,(iv)基序I (SEQ ID NO: 41) :G[VA] IAA[AV] [CAG] V[VL]G[LF] [GA] [AG] [LFM]V[Yff] [KR]KR[QR][QADE]NI[RQ]R[SA][RQ]YGY。
2.权利要求I的方法，其包括调节植物中编码多肽的核酸的表达，其中所述多肽包含至少一个SP、SPP、AP或PA基序和权利要求I中定义的基序I到4中的至少一个或多个。
3.权利要求I或2的方法，其中所述多肽包含权利要求I中定义的所有基序2、3和4。
4.权利要求2到3的方法，其中通过在植物中引入并表达编码富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的核酸实现所述受调节的表达。
5.权利要求I到3任何一项的方法，其中所述多肽由包含选自以下的核酸分子的核酸分子编码 (i)SEQID N0:l、3、5、7、8、10、ll、13、15、17、19、21 或 23 (任何一项)代表的核酸; (ii)SEQID N0:l、3、5、7、8、10、ll、13、15、17、19、21 或 23 (任何一项)代表的核酸的互补序列； (iii)优选地由于遗传密码的简并性，编码SEQID NO:2、4、6、9、12、14、16、18、20、22、24或25到33或35到37 (任何一项)代表的多肽的核酸，所述分离的核酸可来自SEQ IDN0:2、4、6、9、12、14、16、18、20、22、24 或 25 到 33 或 35 到 37 (任何一项)代表的多肽序列，并进一步优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状； (iv)核酸，其与SEQ ID N0:l、3、5、7、8、10、ll、13、15、17、19、21 或 23 的任何核酸序列具有以递增优选顺序至少 30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98% 或 99%的序列同一性，并进一步优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状； (V)核酸分子，其与(i)到(iv)的核酸分子在严格杂交条件下杂交，并优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状； (vi)编码所述多肽的核酸，所述多肽与SEQ ID N0:2、4、6、9、12、14、16、18、20、22、24或25到33或35到37 (任何一项)代表的氨基酸序列具有以递增优选顺序至少50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的序列同一性，并优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状。
6.任一前述权利要求的方法，其中所述增强的产量相关性状包含相对于对照植物增加的产量，优选种子饱满率、饱满种子数，苗和/或根生物量。
7.权利要求I到6任何一项的方法，其中在非胁迫条件下获得所述增强的产量相关性状。
8.权利要求I到6任何一项的方法，其中在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得所述增强的产量相关性状。
9.权利要求2到8任何一项的方法，其中所述核酸有效连接组成型启动子，优选G0S2启动子，最优选来自稻的G0S2启动子。
10.权利要求I到9任何一项的方法，其中所述核酸分子或所述多肽分别是植物来源的，优选来自双子叶植物，进一步优选来自杨柳科，更优选来自杨属，最优选来自毛果杨。
11.通过权利要求I到10任何一项的方法获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码权利要求I到10任何一项中定义的所述多肽的重组核酸。
12.构建体，其包含 (i)编码权利要求I到10任何一项中定义的所述多肽的核酸； (ii)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选地 (iii)转录终止序列。
13.权利要求12的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子。
14.权利要求12或13的构建体在制备植物的方法中的用途，所述植物相对于对照植物具有增加的产量，优选种子饱满率、饱满种子数，苗和/或根生物量。
15.用权利要求12或13的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
16.用于产生转基因植物的方法，所述转基因植物相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量，所述方法包括 (i)在植物中引入并表达编码如权利要求I到10任何一项中定义的所述多肽的核酸；和 (ii)在促进植物生长和发育的条件下培育植物细胞。
17.植物或来自所述转基因植物的转基因植物细胞，所述植物由于编码所述多肽的核酸的受调节表达而相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量。
18.权利要求11、15或17的植物，或来自其的转基因植物细胞，其中所述植物是农作物植物，如甜菜、苜蓿、车轴草、菊苣、胡萝卜、木薯，或单子叶植物，如甘蔗，或谷物，如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、二粒小麦、斯佩耳特小麦、黑麦、单粒小麦、画眉草、蜀黍和燕麦。
19.权利要求18的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选为苗和/或根生物量和/或种子。
20.产品，其来自权利要求18的植物或来自权利要求19的植物的可收获部分。
21.编码权利要求I到10任何一项中定义的多肽的核酸在相对于对照植物增加产量，特别是种子饱满率、饱满种子数、苗和/或根生物量中的用途。
22.生产产品的方法，其包括培养权利要求11、15、17或18的植物并从或通过 (i)所述植物；或(ii)所述植物的部分，包括种子 生产所述产品的步骤。
23.权利要求12或13的构建体，其包含在植物细胞中。
24.任一前述权利要求，其中所述核酸编码这样的多肽，其不是选自SEQID NOs: 14,20和34代表的序列的多肽。
全文摘要
本发明一般涉及分子生物学领域并涉及用于增强植物中多种经济学上重要的产量相关性状的方法。具体而言，本发明涉及通过调节植物中编码POI(目的蛋白质)多肽的核酸的表达增强植物中产量相关性状的方法。本发明还涉及具有编码POI多肽的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状。本发明还提供了迄今为止未知的POI编码核酸，和包含可用于实施本发明方法的所述POI编码核酸的构建体。
文档编号C12N15/82GK102781957SQ201180011235
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年2月26日
发明者C·勒佐, J·鲁斯诺瓦 申请人:巴斯夫植物科学有限公司