具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
【专利说明】
[0001] 本申请为2010年4月27日提交的、发明名称为"具有增强的产量相关性状的植物 及其制备方法"的PCT申请PCT/EP2010/055579的分案申请，所述PCT申请进入中国国家阶 段的日期为2011年12月28日，申请号为201080028956. 2。
技术领域
[0002] 本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节编码C3H样多肽的核酸在植物 中的表达来增强植物中多种产量相关性状的方法。本发明还涉及具有经调节的C3H样多肽 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他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。
[0003] 本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节编码SPATULA样（SPT)多肽的 核酸在植物中的表达来增强多种产量相关性状的方法。本发明还涉及具有经调节的SPT样 多肽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他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。
[0004] 本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节编码IDI2(缺铁诱导2, Iron Deficiency Induced 2)多肽的核酸在植物中的表达来改善多种植物生长特性的方法。本 发明还涉及具有经调节的IDI2多肽编码核酸表达的植物，所述植物相对于相应的野生型 植物或其他对照植物具有改善的生长特性。本发明还提供了可以用于本发明方法的构建 体。
[0005] 本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节eIF4F样蛋白质复合物在植物 中的活性来改善多种植物生长特性的方法。本发明还涉及具有经调节的eIF4F样蛋白质复 合物的活性的植物，所述植物相对于相应的野生型植物或其他对照植物具有增强的生长特 性。本发明还提供了可以用于本发明方法的构建体。
[0006] 本发明一般地涉及分子生物学领域，涉及通过调节编码GR-RBP(富甘氨酸RNA结 合蛋白，Glycine Rich-RNA Binding Protein)多肽的核酸在植物中的表达来改善多种植 物生长特性的方法。本发明还涉及具有经调节的GR-RBP多肽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他对照植物具有改善的生长特性。本发明还提供了可以用 于本发明方法的构建体。
【背景技术】
[0007] 不断增长的世界人口和逐渐减少的农业可用耕地推动了提高农业效率研宄之势。 传统的作物和园艺学改良方法利用选育技术来鉴定具有期望特征的植物。然而，此类选育 技术有若干缺陷，即这些技术一般为劳动密集型的，而且产生的植物通常含有异质的遗传 组分，这些异质的遗传组分可能不总是导致期望的性状自亲本植物传递。分子生物学的进 展已经使人类能够修饰动物和植物的种质。植物遗传工程需要分离和操作遗传物质（一般 为DNA或RNA的形式）以及随后将遗传物质引入植物。此类技术有能力输送具有多种改良 的经济、农业或园艺性状的作物或植物。
[0008] 具有特别经济利益的性状是增加的产量。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、叶子衰老等等。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 促进作物产量的增加。
[0009] 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，或是通过对种子本身的直接消耗，或是通过对饲养自加工的种子的肉类产品的消耗。 它们也可以是工业加工中所用的糖类、油类和多类代谢物的来源。种子含有胚（新的枝条 和根的来源）和胚乳（萌发期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。特别是胚乳可以同化糖 类、油类和蛋白质的代谢前体，将其合成为贮存高分子，以充盈籽粒。
[0010] 对于许多作物而言，另一重要的性状是早期活力。提高早期活力是温带和热带稻 类栽培种的现代稻类育种项目的重要目标。长根对于水栽稻的土壤锚固至关重要。在直接 向涝地里播种稻米的情况下，以及在植物必须迅速透水出苗的情况下，较长的枝条均与活 力有关。在进行条播的情况下，较长的中胚轴和胚芽鞘对于优良的出苗至关重要。改造植 物早期活力的能力在农业上将具有极其重要的意义。例如，一直以来早期活力弱限制了在 欧洲大西洋地区引入基于玉米带种质的玉米（玉蜀黍，Zea mays L.)杂交种。
[0011] 再一重要的性状为提高的非生物胁迫耐受性。非生物胁迫是全世界 作物损失的主要原因，使大多数主要作物植物平均产量降低50 %以上（Wang 等，Planta(2003) 218:1-14)。非生物胁迫可以因为干旱、盐度、极端温度、化学毒性、营养 物（大量元素和/或微量元素）的过剩或不足、辐射及氧化胁迫引起。提高非生物胁迫植 物耐受性的能力将对全世界农场主带来重大的经济利益，并将使人们能够在否则将不可能 进行作物栽培的地区和不利条件下进行作物栽培。
[0012] 因此通过优化上述因素之一可以增加作物产量。
[0013] 视最终用途而定，对某些产量性状的修饰可能优于对其他产量性状的修饰。例如， 对于诸如饲料或木材生产或者生物燃料源等应用，可能期望植物营养部分的增加，而对于 诸如面粉、淀粉或油料生产等应用，可能特别期望种子参数的增强。即便是在种子参数之 中，取决于应用，一些参数也可能优于其它参数。多种机制可以促成增加的种子产量，无论 是以增加的种子大小还是以增加的种子数量的形式。
[0014] 增强植物产量（种子产量和/或生物量）的一种方法可以是修饰植物的内在生长 机制，如细胞周期或者参与植物生长或防御机制的多种信号传递路径。
[0015] 发明概述
[0016] 现已发现，可通过在植物中调节C3H样多肽编码核酸在植物中的表达来增强植物 的多种产量相关性状。
[0017] 现已发现，可通过调节SPT样多肽编码核酸在植物中的表达来增强植物的多种产 量相关性状。
[0018] 现已发现，可通过在植物中调节IDI2(缺铁诱导2)编码核酸在植物中的表达来改 善植物的多种生长特征。
[0019] 现已发现，可通过调节至少eIF4F样蛋白质复合物亚基多肽编码核酸在植物中的 活性和/或所述蛋白质复合物的水平来改善植物的多种生长特征。
[0020] 现已发现，可通过调节GR-RBP (富甘氨酸RNA结合蛋白）编码核酸在植物中的表 达来改善植物的多种生长特征。
[0021] 背景
[0022] 1. C3H 样多肽
[0023] 在拟南芥蛋白质组中检测到数量最多的结构域之一是环指结构域。环指结构域 起初以其首先被发现存在的蛋白质的首字母缩略词命名，该蛋白由真正感兴趣的新基因 (Eeally Interesting New ￡ene)编码。环指结构域与锌指结构域相关；然而锌指由配位 结合一个锌离子的两对锌配体组成，而环指则由结合两个离子的四对配体组成。环结构域 基本上可被视为蛋白质相互作用结构域。
[0024] 环指结构域包括不同类型的亚结构域，即C3HC4类和C3H2C3类，也分别被称为 RING-HC 和 RING H2。
[0025]2. SPATULA 样（SPT)多肽
[0026] 碱性/螺旋-环-螺旋（bHLH)转录因子及其同源物构成植物和动物基因组中 的大家族。Li等，2006(Plant Physiol Aug;141(4):1167-84)在水稻基因组中鉴定出了 167个bHLH基因，并报道，这些基因的系统发生分析表明它们构成具有强烈支持率的进化 枝。也对来自拟南芥（Arabidopsis thaliana)的bHLH蛋白的系统发生进行了研宄，见 Toledo-Ortiz 等，2003(Plant Cell，Aug;15(8):1749-70) ;Buck 和 Atchley，2003(J Mol Evol. Jun ；56(6) : 742-50) 〇
[0027] SPATULA 是 bHLH 转录因子。Groszmann 等，2008 (Plant Journal, July 55(1) : 40-52)描述SPATULA (SPT)基因参与了隔膜、花柱和柱头的发生。他们还在真双子叶 植物、水稻和裸子植物中鉴别出了 AtSPT的12个直系同源基因。他们鉴别出了除BHLH结 构域以外的两个保守结构域：两亲螺旋和酸性结构域。SPATULA也被报道为种子萌发的光 稳定阻遏因子，见 Penfield 等，2005 (Curr Biol. Nov 22; 15 (22): 1988-2006)。
[0028] 3.IDI2(缺铁诱导2)多肽
[0029] 缺铁诱导的cDNA IDI2首先是从铁质缺乏的大麦根中分离出来的。其编码的蛋 白与真核生物起始因子2B的a亚基（Yamaguchi等，J.Exp.Bot.51，2001-2007,2000) 具有低相似性，该蛋白质是鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF)，在蛋白质合成的调节中起着关 键作用。mRNA的翻译从起始甲硫氨酸-tRNAi结合到40S核糖体亚基开始，由eIF-2 (为 eIF-2 ? GTP ? Met-tRNAi三元复合物