通过在植物或其部分中提高或产生一种或更多活性具有提高产量的植物的制作方法

通过在植物或其部分中提高或产生一种或更多活性具有提高产量的植物的制作方法
【专利摘要】本发明一般涉及植物细胞，其通过在植物中提高或产生一种或更多产量相关蛋白质(YRP)和/或产量和胁迫相关蛋白质(YSRP)的活性得到，所述植物细胞优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞相比具有提高的产量。
【专利说明】通过在植物或其部分中提高或产生一种或更多活性具有提高产量的植物
[0001]本申请是申请日为2009年8月19日、发明名称为“通过在植物或其部分中提高或产生一种或更多活性具有提高产量的植物”的中国专利申请200980141076.3 (国际申请号PCT/EP2009/060708)的分案申请。
[0002]此处公开的本发明提供用于产生与相应的野生型植物相比具有提高产量的植物的方法，其包括在植物或其部分中提高或产生一种或更多活性。本发明还涉及增强或改善转基因植物和来自此类植物或部分的细胞、后代、种子和花粉的一个或更多性状的核酸，以及制备和使用此类植物细胞或植物、后代、种子或花粉的方法。特别是，所述改善的性状表现在优选通过改善一种或更多产量相关性状而提高的产量上。
[0003]本发明一般涉及通过在植物中提高或产生产量和胁迫相关蛋白质(YSRP)的一种或更多活性优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应未转化野生型植物细胞相比具有提高产量的植物细胞。
[0004]具体而言，本发明涉及经过定制以在暂时和反复的非生物胁迫和/或营养缺乏的条件下生长的植物。
[0005]本发明还涉 及产生并筛选以及培育此类植物细胞或植物的方法。
[0006]近年来，人口增加和气候变化已经将全球食物、饲料和燃料短缺的可能性带到了尖锐的焦点上。在田地条件下，植物性能，例如生长、发育、生物量累积和种子产生依赖于植物对多种环境状况、变化和胁迫的承受和适应能力。自农业和园艺学开始以来，就需要在农作物栽培中改善植物性状。育种策略培育农作物特性以抵抗生物和非生物胁迫，提高营养利用效率并改变其它内在的农作物特定产量参数，即通过应用技术进步提高产量。植物是固着生物，因此需要应付多种环境胁迫。一方面生物胁迫如植物害虫和病原体和另一方面非生物环境胁迫是植物生长和生产率的主要限制因素，由此限制植物的栽培和地域分布。暴露在不同胁迫中的植物通常具有低产量的植物材料，如种子、果实或其它农产品。非生物和生物胁迫引起的农作物损失和农作物产量损失代表重要的经济和政治因素，并引起特别是许多不发达国家的食品短缺。
[0007]植物在其生命周期中也暴露于热、冷和盐胁迫下。保护策略与干旱抗性的保护策略相似。因为一些土壤中高盐含量导致供细胞吸收的可用水更少，其影响与干旱条件下观察到的那些影响相似。另外，在冰冻温度下，质外体中开始形成冰并从共质体中夺取水分而导致植物细胞损失水分(McKersie 和 Leshem, 1994.Stress and Stress Coping inCultivated Plants, Kluwer Academic Publishers)。生理学上这些胁迫也相互关联，并可诱导相似的细胞损伤。例如，干旱和盐胁迫主要表现为渗透胁迫，导致细胞中内环境稳定和离子分布遭到破坏(Serrano等，1999;Zhu, 2001a;Wang等，2003)。经常伴随高温、盐度或干旱胁迫的氧化胁迫可引起功能或结构蛋白质变性(Smirnoff, 1998)。因此，这些非生物胁迫经常激活类似的信号途径(Shinozaki和Ymaguch1-Shinozaki, 2000; Knight和Knight, 2001;Zhu2001b, 2002)和细胞应答，例如某些胁迫蛋白质、抗氧化剂和相容溶质的产生(Vierling 和 Kimpel, 1992; Zhu 等,1997; Cushman 和 Bohnert, 2000)。[0008]干旱、热、冷和盐胁迫具有对植物生长而言重要的共同主题，即水的可用度。植物在其生命周期中通常暴露在环境水可用度减少的条件下。大部分植物已进化出在这些低水或干燥条件下保护自己的策略。然而，如果干旱的严重性太大、持续时间太长的话，对植物发育、生长和大多数农作物产量的影响是极大的。因气候变化，预期这些条件在将来会出现。根据气候变化的一个公认设想，与以前相比不仅天气更加多变，而且平均温度会更高，平均降雨会更少。大多数植物将不能维持其保护策略以适应气候变化。持续暴露于干燥中引起植物新陈代谢的重大改变。新陈代谢的这些重大变化最终导致细胞死亡，因而造成产量损失。
[0009]农业生物技术已经尝试通过遗传修饰植物来满足人类不断增加的需要，所述遗传修饰例如通过赋予对非生物胁迫应答更高的耐受性或通过提高生物量来提高农作物产量。农作物产量此处定义为每英亩收获的相关农业产品(如谷粒、粮草或种子)的蒲式耳数量。农作物产量受非生物胁迫，如干旱、热、盐度和冷胁迫，以及植物大小(生物量)的影响。传统的植物育种策略相对缓慢，并且在赋予对非生物胁迫提高耐受性中一般还未成功过。在玉米中通过传统育种提高谷物产量已经几乎到达了平台。玉米中的收获指数，即收获时产量生物量与总累积生物量的比值在过去的一百年里谷物产量的选择性育种过程中基本保持不变。因此，在玉米中已经发生的近期产量提高是每单位土地面积上提高的总生物量产量。通过增加种植密度已经实现了该提高的总生物量，所述增加的种植密度已经导致适应性表型改变，如叶角度的减小，其可减少较低叶片的遮蔽，和穗大小，其可提高收获指数。
[0010]农业生物技术使用表明转基因对农作物产量潜在影响的其它参数的测量。对于饲料作物，像苜蓿、青贮作物和干草，植物生物量与总产量相关。然而对于谷类作物，其它参数已经用于评估产量，如植物大小，如通过总植物干重、地上干重、地上鲜重、叶片面积、茎体积、植物高度、莲座直径、叶长、根长、根质量、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大重量。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，一种环境条件下植物大小有可能与在另一种环境条件下的大小相关。这样，标准环境用于接近田地中农作物在不同位置和时间遇到的不同环境和动态环境。
[0011]现在，已知许多遗传学和生物技术方法用于获得在非生物胁迫条件下生长的植物。
[0012]这些方法一般基于在植物细胞中引入并表达编码不同酶的基因，例如在W02004011888、W02006032708、US20050097640、US20060037108、US20050108791, Serrano等(1999; Scientia Horticulturae78:261-269)和许多其它文件中公开了所述不同酶。
[0013]来自谷氧还蛋白和硫氧还蛋白家族的基因的表达赋予对环境胁迫，尤其是对盐度或寒冷(EP1529112A)的提高的耐受性。这些植物比易感植物具有更高的种子产量、光合作用和干物质产量。对于这些植物在稀少的营养使用条件下的发育是一无所知的。
[0014]因为植物发育和生理学上的不平衡，转化的且具有胁迫抗性的植物经常显示更慢的生长和减少的生物量，因此具有更强的适应性(Kasuga等，1999，Danby和Gehring等，2005)。这导致严重的生物量和产量损失。有时，根/茎干重比值随着植物水胁迫的发展而增加。这种增加主要是因为茎干重的相对减少。种子产量与地上干重的比值在许多环境条件下相对稳定并因此可经常获得植物大小与谷物产量间的稳健相关性。因为大多数谷物生物量依赖于通过植物叶和茎的当前储藏的光合生产力，这些过程是内在关联的。因此，甚至在发育早期阶段选择植物大小已用作未来潜力的指标。
[0015]在一些情况(US20060037108)下，通过停止浇水6到8天干旱处理后观察到提高
的生物量，主要是更高的茎生物量。
[0016]当土壤水分缺失或如果在干旱期间得不到水，农作物产量则受限制。“干旱”可定义为一组环境条件，在所述环境条件下植物开始经受脱水的影响，如减少的气孔导度和光合作用、降低的生长速率、膨压丧失(萎蔫)或胚珠败育。为此，经历干旱胁迫的植物通常在生物量和产量上显示显著的降低。脱水可能是由缺少降雨或有限灌溉引起。或者，水分短缺也可能是由高温、低湿度、盐土、冰冻温度或水塞土壤引起，它们损伤根并限制茎吸收水分。
[0017]农业生物技术已经尝试开发通过非生物胁迫耐受性提高或通过提高的生物量生产显示提高产量的转基因植物。
[0018]但在田地条件下，植物在其生命周期内通常暴露在环境水可用度减少的若干条件周期中。非生物胁迫耐受性或生物量实际上不能满足需要。
[0019]已经表征了在植物中参与胁迫应答、水分利用和/或生物量的一些基因，但迄今为止，已经限制了开发具有提高产量的转基因农作物植物的成功，并且此类植物还没有被商业化。
[0020]因此，需要鉴定赋予对多种组合的胁迫的抗性或在最佳和/或次优生长条件下赋予提高产量的基因。因此，需要鉴定具有提高农作物产量的能力的额外基因。
[0021]需要鉴定在植物中表达的基因，其具有对其宿主植物和其它植物物种赋予对暂时和反复的非生物胁迫提高的抗性的能力，还具有在胁迫周期后赋予缩短的恢复期和在生命周期，特别是在最后收获时赋予提高的产量的能力。
[0022]因此，在一个实施方案中，本发明提供用于产生与相应的野生型植物相比具有提高产量的植物的方法，由此所述方法包括至少以下步骤:在植物中，此处指出的细胞中、细胞质或亚细胞区或细胞器或组织中提高或产生选自以下的一种或更多活性(在下文中称为一种或更多“活性”或一种或更多“所述活性”或对于一种所选活性为“所述活性”):磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、法尼二磷酸法尼基转移酶、NAD+依赖性甜菜碱醛脱氢酶、丝氨酸水解酶、参与赋予酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a-蛋白质、ybr071w-蛋白质和ydr445c-蛋白质,例如表1中所示。
[0023]在一个实施方案中，本发明提供通过提供“产量和胁迫相关蛋白质ISRP产生具有这些性状的转基因植物细胞的方法。
[0024]在其它实施方案中，本发明提供在此处指出的细胞、细胞质或亚细胞区或细胞器或组织中过量表达表1中鉴定的分离的多核苷酸的转基因植物。本发明的转基因植物与植物的野生型变种相比显示改善的产量或提高的产量。术语“改善的产量”或“提高的产量”可互换使用。
[0025] 如此处所用，术语“产量”一般指来自植物，特别是农作物的可测量生产。可以许多方式测量产量和产量提高(与未转化的起始或野生型植物相比)，并应该理解技术人员能够在特定实施方案、涉及的特定农作物和涉及的特定目的或应用方面应用正确的意义。[0026]如此处所用，术语“改善的产量”或术语“提高的产量”表示任何测量的植物产品，如谷粒、果实或纤维的产量的任何改善。根据本发明，不同表型性状的改变可改善产量。例如，但不限于，参数如花器官发育、根起始、根生物量、种子数量、种子重量、收获指数、对非生物环境胁迫的耐受性、叶形成、向光性、顶端优势、和果实发育是改善产量的合适量度。产量的任何提高是本发明的改善的产量。例如，产量的改善可包含任何测量参数0.1%、0.5%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 或更高的增加。例如，与相同条件下培育的未处理大豆或玉米的蒲式耳/英亩产量相比，来自包含对表1 resp.1I的核苷酸和多肽为转基因的植物的农作物的大豆或玉米的蒲式耳/英亩产量的提高是本发明的改善产量。可在缺失或存在胁迫条件下实现提高的或改善的产量。
[0027]例如，增加的或提高的“产量”指选自生物量产量、干生物量产量、地上干生物量产量、地下干生物量产量、鲜重生物量产量、地上鲜重生物量产量、地下鲜重生物量产量；可收获部分的增加产量，干重或鲜重或两者、地上或地下部分或两者；农作物果实的增加产量，干重或鲜重或两者、地上或地下部分或两者；和优选地种子的增加产量，干重或鲜重或两者、地上或地下部分或两者的一个或更多产量参数。
[0028]例如，本发明提供通过提高或产生上文提及的一种或更多所述活性来产生转基因植物细胞或植物的方法，所述转基因植物细胞或植物与相应的(例如未转化的)野生型或起始植物相比，显示增加的产量相关性状，例如对环境胁迫的提高耐受性和/或提高的固有产量和/或生物量产生。
[0029]与未转化的起始或野生型植物相比，通常通过增加或改善植物的一个或更多产量相关性状完成本发明的所述提高的产量。导致产量提高的植物此类产量相关性状的改善包括，但不限于植物内在生广力的提闻、提闻的营养利用效率，和/或提闻的胁迫耐受:性。
[0030]植物生命周期中水分亏缺的频率随气候变化而变化。这可通过精细分类到CIMMYT使用的大环境中，以指导小麦和玉米中的育种程序。
[0031]大环境是具有相似生物和非生物胁迫和耕作系统需求的广泛的非必须连续地理区域。实际上，大环境由农作物生产因素(温度、降雨、日光、纬度、海拔、土壤特性和疾病)、消费者偏好(谷粒的颜色及其怎么使用)和小麦生长习性确定。研究人员为春小麦鉴定了 6个大环境，并且3个各自用于兼性(facultative)和冬小麦。
[0032]此类大环境对包括农作物的每一植物物种均可行。
[0033]本发明的目标是提供当在具有低降雨的大环境，例如小麦大环境ME1、ME4、ME4A、ME4B、ME4C、ME5、ME5B、ME6、ME6B、ME9、ME12或特定植物物种的各自大环境中培育时，优选暂时和反复的非生物胁迫的条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比，具有提高的产量，例如增加的产量相关性状，例如对非生物环境胁迫的增强耐受性，例如提高的干旱耐受性和/或低温耐受性和/或提高的营养利用效率、固有产量和/或另一提及的产量相关性状的转基因植物细胞、植物或其部分。
[0034]为了比较相同物种植物的产量与环境条件的关联，产量潜力的参数是重要的。产量潜力定义为当在其适应的环境中生长时植物的产量，所述环境中具有不受限制的营养物和水，并具有有效控制的害虫、疾病、杂草、倒伏和其它胁迫。“产量”指最终收获时的产品质量。
[0035]在田地条件下将不能实现产量潜力。然而，其为在大环境中定义最佳培养条件的参数，因为仅在最佳条件下才会实现产量潜力。
[0036] 仍然需要鉴定编码具有活性的多肽的基因，当产生或提高所述活性时，优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下赋予提高的产量，尤其优选在次优生长条件下，优选在缺水条件下赋予提高的产量。本发明的目标是鉴定新的方法以在植物或植物细胞中赋予胁迫耐受性和/或抗性。
[0037]本发明的另一目标是提供植物，所述植物是水胁迫抗性的并且额外地在暂时和反复的非生物胁迫，优选在循环干旱条件下显示等同的，优选提高的生物量生产。
[0038]进一步需要鉴定在胁迫耐受植物中表达的基因，所述胁迫耐受植物优选在暂时和反复的非生物胁迫条件，尤其是在与可实现产量潜力的条件不对应的任何次优生长条件下具有赋予提高的产量，例如增加的产量相关性状，例如对非生物环境胁迫的增强耐受性，例如提高的干旱耐受性和/或低温耐受性和/或提高的营养利用效率、固有产量和/或另一提及的产量相关性状的能力。
[0039]因此，在一个实施方案中，本发明提供通过提高或产生选自以下活性的一种或更多活性产生转基因植物细胞的方法:磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、法尼二磷酸法尼基转移酶、NAD+依赖性甜菜碱醛脱氢酶、丝氨酸水解酶、参与赋予对酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a-蛋白质、ybr071w-蛋白质和ydr445c_蛋白质,所述转基因植物细胞优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞相比具有提高的产量，例如增加的产量相关性状，例如对非生物环境胁迫的增强耐受性，例如提高的干旱耐受性和/或低温耐受性和/或提高的营养利用效率、固有产量和/或另一提及的产量相关性状。
[0040]在本发明的一个实施方案中，具有选自以下活性的蛋白质和如表1I，第5列和第7列中描述的多肽被称为“产量相关蛋白质”YRP或“产量和胁迫相关蛋白质”YSRP:磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、法尼二磷酸法尼基转移酶、NAD+依赖性甜菜碱醛脱氢酶、丝氨酸水解酶、参与赋予对酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a-蛋白质、ybr071w-蛋白质和ydr445c-蛋白质。
[0041 ] 在一个实施方案中，术语“提高的产量”指任何生物量增加。
[0042]在一个实施方案中，术语“提高的产量，优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下”指提高的产量和对暂时和反复的非生物胁迫条件的提高的抗性，例如对暂时和反复的非生物胁迫的提高的耐受性。
[0043]在本发明的一个实施方案中，通过增加选自一种或更多非生物胁迫耐受性的一个或更多产量相关性状来提高植物产量。
[0044]—般地，术语“提高的胁迫耐受性”可定义为在胁迫条件下与未转化野生型或起始植物相比植物的存活，和/或更高的产量生产。
[0045]为了说明本发明的目的，术语“增强的非生物胁迫耐受性”、“增强的非生物环境胁迫抗性”、“增强的环境胁迫耐受性”、“改善的环境胁迫适应性”和意义类似的其它变型和表述可互换使用，并指但不限于与相应的(未转化)野生型(或起始)植物相比，对此处所述的一种或更多非生物环境胁迫，优选暂时和反复的非生物胁迫的耐受性的改善。[0046]如此处所用，术语“非生物胁迫”指任何次优生长条件，并包括，但不限于与干旱、寒冷或盐度或其组合相关的次优条件。在优选的实施方案中，非生物胁迫是干旱和低水含量。其中干旱胁迫表示导致植物缺水或植物水供应减少的任何环境胁迫。此外，该胁迫是暂时且反复的。
[0047]在本发明的一个实施方案中，术语“提高的产量，优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下”涉及提高的水胁迫抗性，所述水胁迫是寒冷，和/或盐的次要胁迫，和/或当然在干旱中作为主要胁迫。
[0048]在本发明的一个实施方案中，术语“提高的产量，优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下”涉及优选在水胁迫条件下提高的产量，所述水胁迫是寒冷，和/或盐的次要胁迫，和/或当然是干旱中的主要胁迫。
[0049]如此处所用，术语“次优生长条件”也指有限的营养物可用度和次优可处置性。
[0050]在一个实施方案中，有限的营养物可用度是干旱和低水含量。
[0051]在一个实施方案中，有限的营养物可用度是选自磷、钾和氮的营养物中次优可处置性。
[0052]在一个实施方案中，有限的营养物可用度是氮的次优可处置性。
[0053]在一个实施方案中，通过增强的营养利用效率的产量相关性状增加本发明转基因植物的生物量。可通过改善植物的营养物同化的一般效率(例如在改善一般营养物吸收和/或运输方面，改善植物的一般运输机制、同化途径改善等)，和/或通过改善营养物(包括，但不限于磷、钾和氮)的特定营养利用效率来阐明植物营养利用效率的改善或提高。
[0054]所以，也可以通过提高“植物的营养利用效率”，例如通过改善营养物，包括但不限于磷、钾和氮的利用效率来介导提高的植物产量。例如，需要能够更有效地利用氮的植物，使得需要更少的氮用于生长，并因此在氮缺少条件下导致改善的产量水平。此外，可利用当前的或标准的氮利用水平来获得更高的产量。因此，通过提高植物或其部分的氮利用效率(NUE)提高植物产量。因为与农产品的收入相关的氮肥成本高，以及对环境的有害作用，期望开发策略以减少氮输入和/或优化氮吸收和/或给定氮可用度的利用，同时维持植物，优选培育植物，例如农作物的最佳产量、生产力和质量。还期望在相似或甚至更差质量土壤上利用更低肥料输入维持农作物产量和/或更高的产量。
[0055]在一个实施方案中,根据此处描述的方法确定氮利用效率。因此，在一个实施方案中，本发明涉及用于提高产量的方法，其包括以下步骤:
[0056](a)测量土壤中的氮含量，和
[0057](b)确定土壤中的氮含量对起始植物或野生型植物，例如农作物的生长是最佳的还是次优的，和
[0058](Cl)如果所述氮含量对起始植物或野生型植物的生长是次优的，那么在所述土壤中培育本发明的植物，或
[0059](c2)如果所述氮含量对起始植物或野生型植物是最佳的，在所述土壤中培育本发明的植物并比较所述产量与标准的起始或野生型植物的产量，选择并培育显示更高的或最
高产量的植物。
[0060]植物营养物对植物的生长和发育至关重要，并因此也对植物产品的数量和质量至关重要。因为营养物吸收以及营养物利用的效率对植物产量和产品质量的强烈影响，向土壤中倾倒大量的肥料，以优化植物生长和质量。
[0061]在本发明中，例如并优选地根据以下方法确定对有限营养物可用度的增强的耐受性:
[0062]为了高通量目的，在含有有限氮供应的琼脂平板上筛选植物的生物量产生(从Estelle和Somerville改进，1987)。该筛选流水线由两个水平构成。如果生物量产生与野生型植物相比显著提高，那么转基因株系经历随后的水平。重复的数量和统计学严格性随各水平提高。
[0063]对于播种,通过牙签从Eppendorf管中取出在冰箱(_20°C )中保存的种子并转移到含有有限氮供应(0.05mM KNO3)的上述琼脂平板上。将种子播种后，平板在黑暗中4°C进行成层2-4天。成层后，测试平板在16小时光照、8小时黑暗节律下，200C，60%大气湿度和大约400ppm的CO2浓度中生长22到25天。所用的光源产生了与太阳光谱相似的光，其具有大约100 μ E/m2s的光强度。10到11天后，所述植物个体化。在20-25天生长后，通过转基因植物的茎和根生物量产生与野生型对照植物相比来评估在氮限制条件下的改善生长。
[0064]与野生型植物相比显示生物量产生显著改善的转基因株系进行后续水平的以下实验:
[0065]在拟南芥的情况下，在含有营养耗尽土 (“Einheitserde TypO”, 30%粘土，Tantau, Wansdorf Germany)和沙的1:1 (v: v)混合物的盆中播种种子。通过在4°C黑暗中4天周期来诱导萌发。随后，植物在标准生长条件(16小时光照和8小时黑暗的光周期，200C，60%相对湿度，和200 μ E或大约170 μ E resp.的光子通量密度)生长。种植并培养所述植物，尤其是每隔一天用氮耗尽的营养液浇水。所述氮耗尽的营养液例如含有beneath水。
[0066]
【权利要求】
1.产生转基因植物细胞、植物或其部分的方法，所述转基因植物细胞、植物或其部分在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比具有提高的产量，所述方法通过提高或产生选自精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、丝氨酸水解酶、参与赋予对酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a_蛋白质和ybr071w_蛋白质的一种或多种活性实现。
2.权利要求1的方法，其中提高或产生至少一种多肽的活性，所述多肽包含选自以下的多肽: (i)分别包含如表1I或表1V第5列或第7列所述的多肽、共有序列或至少一个多肽基序的多肽；或 (?)包含如表1第5列或第7列所述多核苷酸的核酸分子的表达产物， (iii)或⑴或(ii)的功能等同物。
3.权利要求1或2任一项的方法，其中提高或产生至少一种核酸分子的表达，所述核酸分子包含选自以下的核酸分子: a)编码如表1I第5列或第7列中所示多肽的核酸分子； b)如表1第5列或第7列中所示的核酸分子； c)核酸分子，其由于遗传密码的简并性可来自表1I第5列或第7列中所述多肽序列并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提闻的广量； d)核酸分子，其与包含表1第5列或第7列中所不核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有至少30%的同一性，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； e)核酸分子，其编码与(a)到(C)的核酸分子编码的多肽的氨基酸序列有至少30%同一性的多肽并具有包含表1第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量; f)核酸分子，其在严格杂交条件下与(a)到(C)的核酸分子杂交，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； g)核酸分子，其编码可在针对(a)到(e)的核酸分子之一编码的多肽产生的单克隆或多克隆抗体帮助下分离的多肽，并具有包含表1第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性； h)核酸分子，其编码包含如表1V第7列中所示共有序列或一个或更多多肽基序的多肽，并优选具有包含表1I或IV第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性； i)核酸分子，其编码具有如表1I第5列中所述蛋白质代表活性的多肽，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； j)核酸分子，其包含使用表1II第7列中的引物通过扩增CDNA文库或基因组文库获得的多核苷酸并优选具有包含如表1I或IV第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性，所述引物不以核苷酸ATA在其5’末端开始； 和k)核酸分子，其可通过在严格杂交条件下利用包含(a)或(b)的核酸分子的互补序列的探针或其片段筛选合适的核酸文库获得，所述探针或其片段具有与(a)到(e)中表征的核酸分子序列互补的核酸分子的至少15nt,优选20nt、30nt、50nt、100nt、200nt或500nt,并且所述核酸分子编码具有包含如表1I第5列中所述多肽的蛋白质代表的活性的多肽。
4.通过权利要求1的方法产生的转基因植物细胞、植物或其部分，其在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比具有提高的产量。
5.权利要求4的转基因植物细胞、植物或其部分，其来自单子叶植物。
6.权利要求4的转基因植物细胞、植物或其部分，其来自双子叶植物。
7.权利要求4的转基因植物细胞、植物或其部分，其中所述植物选自玉米、小麦、黑麦、燕麦、黑小麦、稻、大麦、大豆、花生、棉花、油菜、包括芸苔和冬季油菜、玉米、木薯、胡椒、向日葵、亚麻、琉璃苣、红花、亚麻子、报春花、油菜籽、萝卜、万寿菊、茄科植物、马铃薯、烟草、茄子、番茄、蚕豆属物 种、豌豆、苜蓿、咖啡、可可、茶、柳属物种、油椰、椰子、多年生草本植物、饲料作物和拟南芥。
8.权利要求4的转基因植物细胞、植物或其部分，其来自裸子植物，优选云杉、松树和冷杉。
9.权利要求5到8任一项的转基因植物产生的种子，其中所述种子对一种转基因是遗传上纯合的，所述转基因在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量，导致在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物相比提高的产量。
10.分尚的核酸分子,其包含选自以下的核酸分子: a)编码表1IB第5列或第7列中所示多肽的核酸分子； b)表1B第5列或第7列中所示的核酸分子； c)核酸分子，其由于遗传密码的简并性可来自表1I第5列或第7列中所述多肽序列并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提闻的广量； d)核酸分子，其与包含表1第5列或第7列中所不核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有至少30%的同一性，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； e)核酸分子，其编码与(a)到(C)的核酸分子编码的多肽的氨基酸序列具有至少30%同一性的多肽并具有包含表1第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； f)核酸分子，其在严格杂交条件下与(a)到(C)的核酸分子杂交，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； g)核酸分子，其编码可在针对(a)到(e)的核酸分子之一编码的多肽产生的单克隆或多克隆抗体帮助下分离的多肽，并具有包含表1第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性； h)核酸分子，其编码包含如表1V第7列中所示共有序列或一个或更多多肽基序的多肽，并具有包含表1I或IV第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性；i)核酸分子，其编码具有如表1I第5列中所述蛋白质代表活性的多肽，并在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量； j)核酸分子，其包含使用表1II第7列中的引物通过扩增CDNA文库或基因组文库获得的多核苷酸并具有包含如表1I或IV第5列中所述多核苷酸的核酸分子代表的活性，所述引物不以核苷酸ATA在其5’末端开始； 和 k)核酸分子，其可通过在严格杂交条件下利用包含(a)或(b)核酸分子的互补序列的探针或其片段筛选合适的核酸文库获得，所述探针或其片段具有与(a)到(e)中表征的核酸分子序列互补的核酸分子的至少15nt,优选20nt、30nt、50nt、100nt、200nt或500nt,并且所述核酸分子编码具有包含如表1I第5列中所述多肽的蛋白质代表的活性的多肽， 其中，(a)到(j)的所述核酸分子至少在一个或更多核苷酸上不同于表1A第5列或第7列中所述的序列，并优选其编码至少在一个或更多氨基酸上不同于表1I A第5列或第7列中所述蛋白质序列的蛋白质。
11.核酸构建体，其赋予权利要求10的所述核酸分子的表达，包含一个和更多调节元件，由此在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比，该核酸在宿主细胞中的表达导致提高的产量。
12.载体，其包含如权利要求10中的核酸分子或权利要求11的核酸构建体，由此在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比，所述编码核酸在宿主细胞中的表达导致提高的产量。
13.宿主细胞，其已经用如权利要求12中的所述载体或如权利要求10中的所述核酸分子或权利要求11的核酸构建体稳定或瞬时转化，并且在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比由于所述转化而显示提高的产量。
14.产生多肽的方法，其中在权利要求13的宿主细胞中表达所述多肽。
15.多肽，其由权利要求14所述的方法产生或由权利要求10所述的核酸分子编码，其中所述多肽与表1I中所示的序列有一个或多个氨基酸不同。
16.抗体，其特异性结合权利要求15所述的多肽。
17.植物组织、繁殖材料、收获的材料或植物，其包含权利要求13的宿主细胞。
18.用于在植物细胞、植物或其部分中鉴定化合物的方法，所述化合物在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量，所述方法包括步骤: a)培养植物细胞、植物或其部分，其维持植物表达权利要求10的核酸分子编码的多肽，所述多肽在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量；未转化野生型植物或其部分并提供读出系统，所述读出系统能够在允许多肽与所述读出系统在存在化合物或包含多种化合物的样品下相互作用的合适条件下与该多肽相互作用，并能够提供在一定条件下应答化合物与所述多肽结合的可检测信号，所述条件允许表达所述读出系统和权利要求10的核酸分子编码的多肽进行表达，所述多肽在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比赋予提高的产量；未转化野生型植物细胞、植物或其部分；b)通过检测所述读出系统产生的信号的存在或缺失或增加鉴定所述化合物是否是有效的激动剂。
19.用于产生农业组合物的方法，其包括权利要求18的方法的步骤并配制可应用到农业的形式的权利要求18中鉴定的所述化合物。
20.组合物，其包含权利要求10的核酸分子或权利要求15的多肽、权利要求11的核酸构建体、权利要求12的载体、权利要求18的化合物、权利要求16的抗体和任选地农业上可接受的载体。
21.如表11、优选IIB中所述的分离的多肽，其选自酵母，优选酿酒酵母和/或大肠杆菌。
22.产生转基因植物细胞、植物或其部分的方法，所述转基因植物细胞、植物或其部分在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比具有提高的产量，其中通过表达权利要求10的核酸编码的多肽，提高在暂时和反复的非生物胁迫条件下所述提高的产量，并优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或其部分相比导致提高的产量，所述方法包括 a)用权利要求12的表达载 体转化植物细胞或植物的部分，和 b)从植物细胞或植物的部分产生转基因植物，其在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物相比具有提高的产量。
23.产生转基因植物的方法，其通过提高或产生选自由精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、丝氨酸水解酶、参与赋予对酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a-蛋白质、ybr071w-蛋白质组成的产量和胁迫相关蛋白质(YSRP)的一种或多种活性实现，所述转基因植物在环境胁迫条件下与相应的未转化野生型植物相比具有提高的产量。
24.权利要求22的方法，其包括 a)用权利要求12的表达载体转化植物细胞或植物的部分和 b)从所述植物细胞或植物的部分产生转基因植物，其在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物相比具有提高的产量。
25.选自权利要求10的核酸的YSRP编码核酸分子用于制备植物细胞的用途，所述植物细胞优选在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或植物部分相比具有提高的产量。
26.选自权利要求10的核酸的YSRP编码核酸分子或其部分作为选择植物或植物细胞的标记物的用途，所述植物或植物细胞在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、未转化野生型植物或其部分相比具有提高的产量。
27.选自权利要求10的核酸的YSRP编码核酸分子或其部分作为检测植物或植物细胞中胁迫的标记物的用途。
28.权利要求4的转化的植物细胞，其中所述暂时和反复的非生物环境胁迫选自盐度、干旱、温度、金属、化学物质、病原体和氧化胁迫，或其组合。
29.权利要求4的转化的植物细胞，其中所述暂时和反复的非生物环境胁迫是干旱，优选循环干旱。
30.转基因植物细胞，其包含编码具有选自由精氨酸/丙氨酸氨肽酶、D-丙氨酰-D-丙氨酸羧肽酶、二酰甘油焦磷酸磷酸酶、二酪氨酸转运蛋白、丝氨酸水解酶、参与赋予对酮康唑抗性的转录调节子、尿苷激酶、yal043c-a-蛋白质和ybr071w_蛋白质组成的产量和胁迫相关蛋白质(YSRP)的活性的多肽的核酸分子，其中在暂时和反复的非生物胁迫条件下与相应的未转化野生型植物细胞、植物或植物部分相比，优选当所述多肽过表达时，所述多肽赋予提闻的广量。
31.权利要求4或29的植物，其具有 i)在暂时和反复营养物限制条件下提高的产量，其中所述条件对未转化野生型植物细胞、植物或其部分的生长是限制性的， ii)在一定条件下提高的产量，其中在所述条件下水对未转化野生型植物细胞、植物或其部分的生长是限制性的， iii)在干旱，优选循环干旱的条件下提高的产量，其中所述条件对未转化野生型植物细胞、植物或其部分的生长是限制性的， 和/或 iv)在低湿度条件下提高的产量，其中所述条件对未转化野生型植物细胞、植物或其部分的生长是限制性的。
32.用于在大环境中提高每英亩产量的方法，其中通过培养权利要求4的各种纲/属的植物，所述植物不会实现或不再实现其产量潜力。
33.用于在大环境中提高每英亩产量的方法，其包括步骤: -进行土壤分析以测定所述土壤中可用的营养物的水平， -比较所述结果与实现植物纲/属的产量潜力所必需的值， -在至少一种营养物受限的情况下培养权利要求4的各纲/属的植物。
34.用于在大环境中提高每英亩产量的方法，其包括步骤: -测定至少一个植物世代的时间期限内的降水， -与用于实现植物纲/属的产量潜力的值比较， -在降水减少的情况下培养权利要求4的各纲/属的植物。
35.用于在大环境中提高每英亩产量的方法，其包括步骤: -测定至少一个植物世代的时间期限内降雨间的时间段， -与用于实现植物纲/属的产量潜力的值比较， -在旱季增加的情况下培养权利要求4的各纲/属的植物。
【文档编号】C12N9/48GK103923892SQ201410124122
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2009年8月19日 优先权日:2008年8月19日
【发明者】O·布莱辛, O·蒂姆, P·普齐奥 申请人:巴斯夫植物科学有限公司