专利名称：具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
技术领域：
本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节编码邻氨基苯甲酸合成酶(AS, EC 4.1. 3. 27)的核酸在植物中的表达来增强植物的产量相关性状的方法。本发明还涉及具有经调节的邻氨基苯甲酸合成酶(AS)编码核酸表达的植物，所述植物相对于相应的野生型植物或其它对照植物具有增强的产量相关性状。本发明还提供了可以用于本发明方法的构建体。
背景技术：
具有特别经济意义的性状涉及增加的产量。产量通常定义为作物的可测量的具有经济价值的产出。这可以以数量和/或质量的方式进行定义。产量直接取决于若干因素，例如器官的数量和大小、植物构造(例如，分枝的数量)、种子生产和叶子衰老。根的发育、营养吸收、胁迫耐受性和早期活力也可以是决定产量的重要因素。因此优化上述因素可以促进作物产量的増加。在田间条件下，植物的表现，例如就生长、发育、生物量积累和种子产生而言，取决于植物对许多环境条件、变化和胁迫的耐受性和适应能力。农业生物技术专家使用几个參数的量度来指示转基因对于作物产量的潜在影响。对于饲料作物如苜蓿、青贮谷物和干草，植物生物量与总产量相关。然而，对于粮食作物，使用其它參数来估计产量，所述參数`例如植物大小，其通过植物总干重和鲜重、地上和地下部分干重和鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、叶长、根长、分蘖数和叶数来度量。早期发育阶段的植物大小通常将与发育后期的植物大小相关。具有更大叶面积的较大植物通常能够比较小的植物吸收更多的光和ニ氧化碳，因此很可能在同期增重更多。对于植物大小和生长速率，存在着强遗传组分，因此对于许多不同基因型，植物在一种环境条件下的大小很可能与另ー种环境条件下的大小有夫。由此，可以使用标准环境来近似田间作物所遭遇到的多祥和动态环境。对ー种非生物胁迫表现出耐受性的植物常对另ー种环境胁迫表现出耐受性。这种交叉耐受的现象还没有在机制水平上得到理解。尽管如此，可以合理地预期，由于表达转基因而对低温例如寒冷温度和/或冰冻温度表现出增强的耐受性的植物，也可以对干旱和/或盐和/或其它非生物胁迫表现出耐受性。ー些在植物中涉及胁迫反应、水分利用和/或生物量的基因已得到了表征。但是至今，成功培育的具有提高的产量的转基因作物还有限。因此，需要鉴定这样的基因，所述基因在过量表达或下调时，赋予对各种胁迫增加的耐受性和/或在最优和/或次优生长条件下提高的产量。现已发现，可通过在植物中调节POI (目的蛋白)多肽编码核酸的表达，増加植物的产量和改善植物的多种产量相关性状。发明概述
令人惊讶地，现已发现，调节邻氨基苯甲酸合成酶(AS)编码核酸的表达可以产生相对于对照植物具有增强的产量和改善的产量相关性状，特别是増加的种子总重量、种子总数、枝条生物量和/或根生物量的植物。根据ー个实施方案，本发明提供用于相对于对照植物改善植物产量相关性状的方法，包括调节邻氨基苯甲酸合成酶(AS)的编码核酸在植物中的表达。因此，依照本发明，可以利用本文鉴定的基因，相对于对照植物增强产量相关性状，例如増加的种子总重量、种子总数、枝条生物量和/或根生物量。増加的产量可以通过转基因植物和它们合适的对照植物的大田试验来确定。可选地，可以在模式植物中，于最优的、受控制的生长条件下确定转基因增加产量的能力。可以通过測量下列表型之任一或任何组合，与对照植物进行比较来确定增加的产量性状植物干燥的可收获部分的产量、植物干燥的地上可收获部分的产量、植物干燥的地下可收获部分的产量、植物可收获部分鲜重的产量、植物地上可收获部分鲜重的产量、植物地下可收获部分鲜重的产量、植物果实(新鲜的和干燥的)的产量、种子(新鮮的和干燥的)的产量、谷粒干重等等。植物増加的内在生产能力可以表现为其种子产量的提高(例如，増加的种子/谷粒大小、増加的穗数、増加的每穗种子数、改善的种子饱满度、改善的种子组成，等等)、其固有生长和发育的改变(例如，株高、植物生长速率、荚果数、节间数、开花时间、荚果落粒性、根瘤形成和固氮的效率、碳同化的效率、幼苗活力/早 期活力的改善、增强的萌发效率、株型的改善、细胞周期的改变等等)。也可以改善产量相关性状，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、荫蔽、高植株密度、机械胁迫和氧化胁迫。可以进行监测以确定对非生物环境胁迫增强的耐受性的另外表型包括但不限于萎蔫、叶片褐变、膨压、叶片或针叶的下垂或脱落、叶片或针叶的过早衰老、叶片或针叶中叶绿素的丧失、和/或叶片黄化。可以在田间试验作物中，或在受控生长条件下的模式植物中，监测任何上述产量相关表型，以证明转基因植物对非生物环境胁迫具有増加的耐受性。定义多肽/蛋白质术语“多肽”和“蛋白质”在文中可互換使用，是指通过肽键连接起来的、任意长度的氨基酸的聚合物。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”在文中可互換使用，是指任何长度的无支链形式的核苷酸聚合物，所述核苷酸可以为核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或者两者的组合。同源物蛋白质的“同源物”包括肽、寡肽、多肽、蛋白质和酶，其相对于所讨论的未修饰蛋白质具有氨基酸取代、缺失和/或插入，并且与其源自的未修饰蛋白质具有相似的生物活性和功能活性。缺失是指从蛋白质中除去一个或多个氨基酸。插入是指在蛋白质的预定位置引入一个或多个氨基酸残基。插入可以包括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，氨基酸序列内的插入将小于N-或C-末端的融合，约I到10个残基左右。N-或C-末端融合蛋白或肽的实例包括在酵母双杂交系统中应用的转录激活因子的结合结构域或激活结构域、噬菌体外壳蛋白、(组氨酸)-6-标签、谷胱甘肽S-转移酶标签、蛋白质A、麦芽糖结合蛋白、ニ氢叶酸还原酶、Tag 100表位、c-myc表位、FlAG⑩表位、lacZ、CMP( I丐调蛋白结合肽)、HA表位、蛋白质C表位和VSV表位。取代是指蛋白质中的氨基酸用具有相似特性(如相似的疏水性、亲水性、抗原性、形成或打破a螺旋结构或0片层结构的倾向)的其他氨基酸替换。氨基酸取代一般是单残基的取代，但是视施加于多肽上的功能性限制而定也可以是成簇取代，并且可以是I到10个氨基酸；插入通常在大约I到10个氨基酸残基的数量级。氨基酸取代优选为保守氨基酸取代。保守取代表在本领域公知(參见例如Creighton (1984)Proteins, ff. H. FreemanandCompany (编辑)和下表I)。表1:保守氨基酸取代的实例
权利要求
1.用于相对于对照植物增强植物产量和/或产量相关性状的方法，包括调节多肽在植物中的活性，其中所述多肽包含至少一个PF04715或PF00425结构域。
2.权利要求1的方法，包括调节编码多肽的核酸分子在植物中的表达，其中所述多肽包含PF04715或PF00425结构域中至少一个，优选两者。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述多肽包含以下基序之一或多个基序 1(SEQ ID NO :56) EK[QE]CAE[HN] [IVL]M[LI]VDL[GL]RND[VL]G[KR]V基序 2(SEQ ID NO 57) :P[FL]E[VL]YRALR[IV]VNP[SA]PY[MA] [AI]YLQ 和 / 或基序 3(SEQ ID NO 58) : [VM] [ST]GAPKV[RK]AME[LI] [IL]DELE ;优选地，所述多肽包含以下基序之一或多个基序 4 (SEQ ID NO 59)EHI LAG DI FQIVLSQRFERRTFADPFE[VI]YRALR[I V]VNPSPYM[AT]YLQARGC基序 5 (SEQ ID NO 60)FCGGffVG[FY]FSYDTVRYVEK[KR]KLPFS[KN]APEDDRNLPD[VI]HLGLYDDV[IL]VFDH ;和 / 或基序 6(SEQ ID NO :61) :LMN[IV]ERYSHVMHISSTV[TS]GEL ;和 / 或基序 7 (SEQ ID NO 62)KEHI[LQ]A⑶IFQIVLSQRFERRTFADPFE[VI]YRALR[IV]VNPSPYM[AT]YLQARGC ;和 / 或基序 8 (SEQ ID NO 63)FCGGffVG[FY]FSYDTVRY[TV]EK[KR]KLPFS[KRN]AP[KE]DDRNLPD[VI]HLGLYDDV[IL]VFDH0
4.根据权利要求2至3的方法，其中所述经调节的表达通过向植物中引入和表达编码邻氨基苯甲酸合成酶(AS) α亚基的核酸分子来实现。
5.根据权利要求1至3之任一的方法，其中所述多肽由核酸分子编码，所述核酸分子包含选自以下的核酸分子(i)SEQID NO:1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、.43、45、47、49、或51 (之任一)所示的核酸;(ii)SEQID N0:l、3、5、7、9、ll、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、.43、45、47、49、或51 (之任一)所示的核酸的互补序列；(iii)编码SEQ ID NO:2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、.40、42、44、46、48、50、或52 (之任一)所示的多肽的核酸，优选地由于遗传密码的简并性，所述分离的核酸可以自 SEQ ID N0:2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、.36、38、40、42、44、46、48、50、或52 (之任一)所示的多肽序列得到，和更优选地赋予相对于对照植物增强的产量相关性状；(iv)按照递增的优选次序与SEQ ID N0:l、3、5、7、9、ll、13、15、17、19、21、23、25、27、.29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、或 51 的任何核酸序列具有至少 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，和更优选地赋予相对于对照植物增强的产量相关性状，的核酸；(v)在严紧杂交条件下与(i)至(iv)的核酸分子杂交并优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状的核酸分子；(vi)编码所述多肽的核酸，所述多肽按照递增的优选次序与SEQ IDN0:2、4、6、8、10、.12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、或 52 (之任一)所示的氨基酸序列具有至少 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，和优选赋予相对于对照植物增强的产量相关性状。
6.根据任何前述权利要求的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，优选增加的生物量和/或种子总数和/或种子总重。
7.根据权利要求1至6之任一的方法，其中在非胁迫条件下获得所述增强的产量相关性状。
8.根据权利要求1至6之任一的方法，其中在干旱胁迫、盐胁迫或缺氮的条件下获得所述增强的产量相关性状。
9.根据权利要求1至8之任一的方法，其中所述编码多肽的核酸来自植物，优选来自双子叶植物，再优选来自双子叶乔木，更优选来自杨属(Populus),最优选来自毛果杨(Populus trichocarpa)。
10.根据权利要求1至9之任一的方法，其中所述编码多肽的核酸编码表A中所列多肽之任一，或是这样的核酸的部分，或是能够与这样的核酸的互补序列杂交的核酸。
11.根据权利要求1至10之任一的方法，其中所述核酸序列编码表A中所给出的任何多肽的直向同源物或旁系同源物。
12.根据权利要求1至9之任一的方法，其中所述核酸编码SEQIDN0:2所示的多肽。
13.根据权利要求1至12之任一的方法，其中所述核酸与组成型启动子有效连接，优选与中等强度的组成型启动子有效连接，优选与植物启动子有效连接，更优选与G0S2启动子有效连接，最优选与来自稻的G0S2启动子有效连接。
14.通过根据权利要求1至13之任一的方法可获得的植物、其植物部分，包括种子、或植物细胞，其中所述植物、植物部分或植物细胞包含编码如权利要求1至5和9至12之任一中所定义的多肽的重组核酸。
15.构建体，其包含(i)编码如权利要求1至5和9至12之任一中所定义的所述多肽的核酸；(ii)能够驱动(i)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。
16.根据权利要求15的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选中等强度组成型启动子，优选植物启动子，更优选G0S2启动子，最优选来自稻的G0S2启动子。
17.根据权利要求15或16的构建体在制备相对于对照植物具有增加的产量，特别是生物量的植物的方法中的用途。
18.转化了根据权利要求15或16的构建体或根据权利要求1至13之任一的方法可获得的植物、植物部分或植物细胞，其中所述植物或其部分包含编码如权利要求1至5和9至12之任一中定义的所述多肽的重组核酸。
19.根据权利要求14或18的转基因植物，或来自其的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物，例如甜菜、糖用甜菜或苜蓿；或单子叶植物例如甘蔗；或谷类植物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、二粒小麦、斯佩耳特小麦(spelt)、单粒小麦、埃塞俄比亚画眉草、买罗高粱(milo)和燕麦。
20.用于生产相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物的方法，包括(i)向植物中引入和表达编码如权利要求1至5和9至12之任一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养所述植物细胞。
21.根据权利要求18或19的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选是枝条和/或根生物量和/或种子。
22.从根据权利要求18或19的植物和/或从根据权利要求21的植物的可收获部分产生的广品。
23.编码如权利要求1至5和9至12之任一中定义的多肽的核酸在相对于对照植物增加产量，特别是枝条和/或根生物量和/或种子总数和/或种子总重中的用途。
24.用于生产产品的方法，所述方法包括步骤生长根据权利要求14、18或19的植物、和从或通过a.所述植物；或b.所述植物的部分，包括种子生产所述产品。
25.根据权利要求15或16的构建体，包含在植物细胞中。
26.任何前述权利要求，其中核酸编码多肽，但是所述多肽不是选自以下序列的多肽a)Uniprot数据库的数据库条目B9HSQ4(截止于2011年3月2日，2011_02发布)、或截止于2011年3月2日的NCBI美国国家生物技术信息中心的数据库条目XP_002316223.1 ；或b)国际专利申请WO 03/092363 的 SEQ ID NOs: 104 或 108 ;或c)美国专利申请US 2004/031072 的 SEQ ID NO :46407 或 189249 ;或d)国际专利申请WO 03/000906 的 SEQ ID N0:785 或 786 ;或e)国际专利申请WO 03/008540 的 SEQ ID N0:8670 或 9055。
全文摘要
本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及用于在植物中增强各种经济重要的产量相关性状的方法。更具体地，本发明涉及通过调节编码目的蛋白(POI)多肽的核酸在植物中的表达来增强植物的产量相关性状的方法。本发明还涉及具有经调节的POI多肽编码核酸表达的植物，所述植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状。本发明还提供了可以用于实施本发明方法的新POI编码核酸和包含其的构建体。
文档编号C12N15/60GK103037682SQ201180024409
公开日2013年4月10日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月18日
发明者Y·海茨费尔德 申请人:巴斯夫植物科学有限公司