具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
【专利说明】具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
[0001] 本申请为2009年8月10日提交的，发明名称为"具有增强的产量相关性状的植物 和用于产生该植物的方法"的PCT申请PCT/EP2009/060337的分案申请，所述PCT申请进入 中国国家阶段的日期为2011年4月19日，申请号为200980141466.0。
[0002] 本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及在植物中增强多种经济上重要的产量 相关性状的方法。更具体地，本发明渉及通讨调节编码bHLH9 (碱件-螺旋-环-螺旋鉬9) 多肽的核酸在植物中的表达而增强植物的产量相关性状的方法。本发明还涉及具有调节了 编码bHLH9多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于对照植物而言具有增强的产量相关 性状。本发明还提供可用于实施本发明方法的迄今为止未知的BHLH-9编码核酸以及包含 该核酸的构建体。
[0003] 此外，本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码MB1 (吸涨作用 可诱导的蛋白1，Imbibition-inducible1)多肽之核酸在植物中的表达来改善多种植物 生长特征的方法。本发明还涉及调节了编码MB1多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对 于对应的野生型植物或其它对照植物而言具有改善的生长特征。本发明还提供可用于本发 明的方法的构建体。
[0004] 此外，本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码P⑶样（蝶呤 4-a-甲醇胺脱水酶-样）蛋白之核酸序列在植物中的表达来改善多种植物生长特征的方 法。本发明还涉及具有调节了编码PCD样蛋白之核酸的表达的植物，所述植物相对于对应 的野生型植物或其它对照植物而言具有改善的生长特征。本发明还提供可用于本发明的方 法的构建体。
[0005] 此外，本发明一般地渉及分子牛物学领域，并渉及通过增加编码2型假响应调节 王(pseudoresponsexegulatortypePRR2)多肽之核酸序列在植物中的表达来增加多 种植物产量相关性状的方法。本发明还涉及具有增加的编码PRR2多肽之核酸序列的表达 的植物，所述植物相对于对照植物而言具有增加的产量相关性状。本发明还涉及核酸序列， 含有所述核酸序列的核酸构建体、载体和植物。
[0006] 持续增长的世界人口和农业用可耕地供应萎缩刺激了有关增加农业效率的研究。 常规的作物及园艺学改进手段利用选择育种技术来鉴定具有受欢迎特性的植物。然而，此 类选择育种技术具有几个缺陷，即这些技术一般耗费很多劳动并且产生这样的植物，其经 常含有异源性遗传组分，这可能不总是导致从亲代植物中传递所希望的性状。分子生物学 进展已经允许人类改进动物及植物的种质。植物的遗传工程使得可以分离和操作遗传物质 (一般处于DNA或RNA形式）并且随后引入该遗传物质至植物中。此类技术具有产生具备 多种经济学、农学或园艺学改进性状的作物或植物的能力。
[0007] 具有特殊经济意义的性状是增加的产量。产量通常定义为作物产生的可测量的经 济价值。这可以就数量和/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、植物构造（例如枝的数目）、种子产生、叶衰老等。根发育、养分摄入量、胁迫耐 性和早期萌发势（earlyvigor)也可以是决定产量的重要因素。因此，优化前述因素可以 对增加作物产量有贡献。
[0008] 种子产量是特别重要的性状，这是因为许多植物的种子对于人类和动物营养而言 至关重要。诸如玉米、稻、小麦、芸苔（canola)和大豆等作物占人类总卡路里摄取量的一半 以上，不论是通过种子本身的直接消耗，还是通过由加工的种子所饲养的肉类产品的消耗。 它们也是工业加工所用的糖类、油类和多类代谢物的来源。种子含有胚（新的苗和根的来 源）和胚乳（萌发和幼苗早期生长过程中胚生长的营养源）。种子的发育涉及许多基因，并 且需要代谢物自根、叶和茎转移至正在生长的种子。特别是胚乳，同化糖类、油类和蛋白质 的代谢前体，将其合成为贮存性高分子，以充盈籽粒。
[0009] 植物生物量为饲料作物如苜蓿、青贮谷物和干草的产量。在谷物作物中使用产量 的许多替代参数。其中首要的是估算植物大小。根据物种以及发育阶段的不同，可以通过 许多方法测量植物大小,但是包括植物总干重、地上干重、地上鲜重、叶面积、茎体积、植物 高度、莲座（rosette)直径、叶长、根长、根生物量、分蘖数和叶数。许多物种在给定的发育 阶段维持植物不同部分大小间的保守比。利用这些异速生长关系而对这些有关大小的测 量结果进行由此及彼的外推（如Tittonell等2005AgricEcosys&Environ105:213)。 早期发育阶段的植物大小通常将与晚期发育阶段的植物大小有关。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二氧化碳，因此很可能在同期增重更多 (Fasoula&Tollenaar2005Maydica50:39)。除了植物所具有的最初达到较大大小的微 环境或遗传优势的潜在延续，此为其附加效应。植物大小和生长速率存在着强遗传组分 (如terSteege等2005PlantPhysiology139:1078)，且迄今为止，种种多样化基因型植 物在一种环境条件下的大小很可能与另一种环境条件下的大小有关（Hittalmani等2003 TheoreticalAppliedGenetics107:679)。以这种方式，使用标准环境作为田地中作物在 不同时间和地点所遭遇的多样化动态环境的替代参数。
[0010] 对于众多作物的另一个重要性状是早期萌发势。改进早期萌发势是现代稻育种计 划在温带和热带稻栽培品种上的一个重要目标。长根在水栽稻中对于正确土壤固着是重要 的。在将稻直接播种至涝田的情况下，以及在植物必须从水中迅速出苗的情况下，较长的苗 与萌发势相关。在实施条播（drill-seeding)的情况下，较长的中胚轴和胚芽鞘对于良好 的出苗是重要的。人工改造植物内早期萌发势的能力将在农业中是极其重要的。例如，不 良的早期萌发势已经限制了基于玉米带生殖质（CornBeltgermplasm)的玉米（Zeamayes L.)杂种在欧洲大西洋地区的引种。
[0011] 收获指数为种子产量与地上干重的比值，其在许多环境条件下相对稳定，因此在 植物大小和谷物产量之间通常能够获得比较稳固的相关性（如Rebetzke等2002Crop Science42:739)。这些过程固有地联系在一起，因为谷物生物量的大多数取决于植物叶 和莖当前或吧存的光合作用生产力（Gardener等1985PhysiologyofCropPlants.Iowa StateUniversityPress,第68-73页）。因此，对植物大小的选择，甚至是在发育早期阶段 的选择，已经用作为未来潜在产量的指标（如Tittonell等，2005，AgricEcosys&Environ 105:213)。当测试遗传差异对胁迫耐性的影响时，温室或植物培养室环境与田地相比具有 固有的优势：即能够使土壤性能、温度、水和营养的可用性以及光强度标准化。不过，因缺乏 风力或昆虫导致不良授粉，或由于空间不足以让成熟根或株冠生长等等，对产量造成的这 些人工局限性会限制这些受控环境在测试产量差异中的应用。因此，在培养室或温室标准 条件下测量早期发育阶段的植物大小，是提供潜在遗传产量优势指标的标准方法。
[0012] 另一个重要性状是改进的非生物胁迫耐受性。非生物胁迫是世界范围作物损失的 主要原因，对于大多数主要作物植物而言降低平均产量超过50% (Wang等、（2003)Planta 218:1-14)。非生物胁迫可以由干旱、盐度、极端温度、化学毒性、养分（大量元素和/或微 量元素）过剩或者缺乏、辐射和氧化胁迫引起。改进植物对非生物胁迫耐受性的能力将在 世界范围对农民具有极大的经济优势并且会允许在不利条件期间及在作物栽培否则是不 可能的陆地上栽培作物。
[0013] 作物产量因而可以通过优化前述因素之一而增加。
[0014]取决于最终用途，对某些产量性状的改进可能优先于其它产量性状。例如对于应 用如饲料或木材生产或生物燃料资源而言，增加植物营养体部分可能是期望的，而对于应 用如面粉、淀粉或油生产而言，增加种子参数可能是尤其希望的。即便在种子参数当中，某 些参数可以更优先于其它参数，这取决于应用。多种机制可以对增加种子产量有贡献，无论 形式为增加的种子大小或是增加的种子数目。
[0015] 增加植物中产量相关性状（种子产量和/或生物量）的一种方法可以是通过修饰 植物的内在生长机制，如细胞周期或参与植物生长或参与防御机制的多种信号途径。
[0016] 关于bHLH9多肽，目前已发现可以通过调节植物中编码bHLH9(碱性-螺 旋-环_螺旋组9)多肽之核酸在植物中的表达，来改进植物多种产量相关性状。
[0017] 关于MB1多肽，目前已发现可以通过调节植物中编码MB1 (吸涨作