提高植物生长和产量的材料和方法
【专利说明】
[0001] 政府专持的声巧
[0002] 本发明利用美国能源部授予的合同号DE-FG02-0祀R64114的政府资助完成。美国 政府在本发明中具有一定权利。
[0003] 巧关申请的引用
[0004] 本申请要求2013年1月11日提交的美国临时申请No. 61/751,648的利益，且其 全文通过引用并入本文中。
[000引序列表的并入
[0006] 包含在名称为"UFFL042W0_ST25.txt"的文件中的序列表与本文一起电子提交并 通过引用并入本文，该文件在微软视窗操作系统中测量为3千字节大小且于2014年1月4 日生成。
技术领域
[0007] 本发明总体设及分子生物学和遗传学的领域。更特别地，本发明设及提高植物的 生长和产量的方法。
【背景技术】
[0008] 水缺乏和干旱是限制作物产量和生产率的主要因素，且是对全世界粮食安全的主 要威胁。植物品种可W繁育成为每单位水供应具有更高的生产率，即更高的水利用效率 (WUE)。但是，我们缺乏造成WUE的遗传机制的知识阻碍了运一性状的改善。水利用效率可 受到多种因素的影响，包括气孔导度（其部分地受到导水率的调节）。导水率随着更大的木 质部导管直径快速地提高，因为流量与导管直径的四次方成比例。调节分生组织细胞分化 成导管的基因直到最近仍是未知的，但它们的操作可W提高导水率并因此提高光合作用率 和植物生产率。
【发明内容】
[0009] 本发明设及用于调节植物中的生长率、产量和/或耐旱性的材料和方法。在一个 实施方式中，本发明的方法包括上调植物中导水率l(hcl)基因（或提供基本上相同活性的 其同源基因）的表达或提高其hcl基因编码的蛋白质的表达或活性，其中提高的hcl基因 表达或提高的hcl基因编码的蛋白质的表达或活性导致植物生长的增加。在一个实施方式 中，hcl基因编码含有SEQIDN0:2所示的氨基酸序列的蛋白质或具有基本上相同的活性 的其片段或变体。在特定的实施方式中，hcl基因包含SEQIDNO: 1或SEQIDNO:3所示 的核巧酸序列。在一个实施方式中，植物用编码Hcl蛋白或具有基本上相同的活性的其片 段或变体的多核巧酸转化，其中Hcl蛋白在植物中表达。
[0010] 在另一个实施方式中，本发明的方法提供本发明的hcl基因（或提供基本上相同 活性的其同源基因）的提高的表达或者hcl基因（或其同源基因）编码的蛋白质的提高的 表达或活性。在一个实施方式中，多个拷贝的本发明的hcl基因或其蛋白质编码部分并入 植物中。在一个实施方式中，hcl基因编码含有SEQIDN0:2所示的氨基酸序列的蛋白质或 具有基本上相同的活性的其片段或变体。在特定的实施方式中，hcl基因包含SEQIDNO: 1 或SEQIDNO:3所示的核巧酸序列。
【附图说明】
[0011] 图1 -显示线性回归图，其表明叶比导水率（specifichy化aulicconductivity) og和直径增量值iJ之间的正相关性（r2= 0. 4164,P= 0. 0012)。点是后代基因型平均 值。
[0012] 图2-显不线性回归图，其表明导水管直径化y化aulicvesseldiameter) (Dh)和 直径增量值iJ之间的正相关性（r2= 0. 7196,P<0. 0001)。点是后代基因型平均值。
[0013] 图3-显示了使用DeltaDeltaCT分析描绘与野生型（表达水平=1)相比hcl 表达的最多90倍的提高。肌动蛋白用作对照基因。
[0014] 图4-显示了表明与野生型相比过表达hcl的转基因株系明显更高的生长的生长 比较。
[0015] 图5-显示木质部横截面的光学显微照片，其表明与野生型（图B)相比过表达hcl 的转基因株系（图A)中更高的导管数和直径。
[0016] 图6-显示表明与野生型相比过表达P0PTR_0001s33660的转基因株系中导管平均 直径（图A)和数目（图B)的柱状图。
[0017] 序列简要说巧
[001引SEQIDNO: 1 -编码SEQIDN0:2的氨基酸序列的hcl基因编码区域的核巧酸序 列。
[0019] SEQIDN0:2-具有SEQIDN0:1的核巧酸序列的hcl基因编码的蛋白质的氨基 酸序列。
[0020] SEQIDNO: 3-包含编码SEQIDNO: 2的氨基酸序列的hcl基因编码区域的基因组 核巧酸序列。
【具体实施方式】
[0021] 本发明设及用于调节植物生物量和产量的材料和方法。在一个方面，本发明设及 用于提高植物的生长率和/或生物量的材料和方法。本发明还在植物中提供对于干旱条件 的改善的耐受性。在一个实施方式中，本发明的方法包括在植物中提高hcl基因（或提供基 本上相同活性的其同源基因）或者其hcl基因编码的蛋白质的表达，其中hcl基因的表达 导致植物中提高的生物量水平（相对于具有较低hcl表达水平的植物的生物量水平）。在 一个实施方式中，hcl基因编码包含SEQIDN0:2所示的氨基酸序列的蛋白质或者具有与 全长序列基本上相同的活性的其片段或变体。在特定的实施方式中，hcl基因包含SEQID NO: 1或SEQIDN0:3所示的核巧酸序列。在一个实施方式中，植物用编码化1蛋白或具有 基本上相同活性的其片段或变体的多核巧酸转化，其中Hcl蛋白在植物中表达。
[0022] 在另一个实施方式中，本发明的方法提供本发明的hcl基因（或提供基本上相同 活性的其同源基因）或者其蛋白质编码部分的提高的表达。在一个实施方式中，多个拷贝 的本发明hcl基因或其蛋白质编码部分并入植物中。在一个实施方式中，hcl基因编码包 含SEQIDN0:2所示的氨基酸序列的蛋白质或者具有与全长序列基本上相同的活性的其片 段或变体。在特定的实施方式中，hcl基因包含SEQIDNO: 1或SEQIDNO:3所示的核巧 酸序列。
[0023] 在一个实施方式中，异源的hcl-编码多核巧酸并入植物中且该多核巧酸在其中 表达。在一个实施方式中，多核巧酸编码的Hcl蛋白包含SEQIDN0:2所示的氨基酸序列， 或者具有与全长序列基本上相同的活性的其片段或变体。在进一步的实施方式中，多核巧 酸包含SEQIDN0:1或SEQIDN0:3所示的核巧酸序列。多核巧酸可W包含在植物中用于 提高hcl的表达的调控元件如启动子等。
[0024] 在另一个实施方式中，本发明的方法包括将多核巧酸引入植物中，其中该多核巧 酸或其表达产物相对于其中未引入多核巧酸的植物（例如，野生型植物）提供hcl基因或 蛋白质的提高的表达。在另一个实施方式中，可W引入编码表现出提高的活性的化1蛋白 的多核巧酸。在进一步的实施方式中，可W引入编码具有Hcl活性的蛋白质的多核巧酸，其 中该多核巧酸包含用于提高多核巧酸和/或由此编码的蛋白质的表达的调控元件。包含多 核巧酸的植物或其后代任选地可W筛选hcl基因和/或蛋白质的提高的表达或者蛋白质的 提高的活性。
[00巧]本发明还设及编码杨属（Populus)hcl基因或具有基本上相同的活性的其同源基 因的基因产物的分离的多核巧酸。在一个实施方式中，多核巧酸编码包含SEQIDN0:2所 示的氨基酸序列的蛋白质或具有基本上相同活性的其片段或变体。在特定的实施方式中， 多核巧酸包含SEQIDNO: 1或SEQIDNO:3所示的核巧酸序列。
[0026] 本发明还设及表现出hcl基因（或其同源基因）或者由此编码的蛋白质的提 高的表达的本发明的植物、植物组织和植物细胞。在一个实施方式中，植物、植物组织 或植物细胞是木本树木。本发明的范围内设想的植物包括，但不限于冷杉属（Abies)、 金合欢属（Acacia)、械属（Acer)、屯叶树属（Aesculus)、臭椿属（Ailanthus)、档木 属（Alnus)、唐棟属（Amelanchier)、树替属（A;rbu1:us)、熊果属（Arctostaphylos)、葛 属（Artemisia)、泡泡树属（Asiminia)、滨襲属（Atriplex)、桃叶珊瑚属（Aucuba)、 小築属度erberis)、枠属度etula)、醉鱼草属度uddleia)、黄杨属度imis)、翠柏 属Kaloce化US)、山茶属（Camellia)、凌霄属（Campsis)、碟耳栃属（Ca巧inus)、山 核桃属（Carya)、栗属（Castanea)、梓属（Catalpa)、敛茶树属（Ceanothus)、雪松属 (Ce化US)、南蛇藤属（Celastrus)、朴属（Celtis)、风箱树属（Ce地alanthus)、假紫荆 属（Cercidium)、紫荆属（Cercis)、木瓜属（Qiaenomeles)、扁柏属（Qiamaecyparis)、沙 漠蔵属（化ilopsis)、流苏树属（化ionanthus)、橡胶草属K虹ysothamnus)、岩菩薇属 (Cistus)、香槐属（Cla化astis)、铁线莲属（Clematis)、Coleogynia、山荣英属（Cornus)、 棲属（Co巧lus)、黄护属（Cotinus)、构子属（Cotoneaste;r)、Cowania、山植属（Crataegus)、 山植属（Crataegus)、柏木属（Qipressus)、金雀花属（切tisus)、瑞香属值aphne)、瘦 疏属值eutzia)、柿属值iospyros)、胡颜子属巧laeagnus)、麻黄属巧地e化a)、鼠刺 属巧sealIonia)、按树属巧ucalyp1:us)、卫矛属巧uonymus)、水青冈属（Fagus)、连翅 属（Forsythia)、楼属（Rraxinus)、白珠树属（Gaultheria)、银杏属（Ginkgo)、皂芙属 (Gleditsia)、银枠属（Grevillea)、肥皂芙属（Gymnocladus)、金缕梅属化amamelis)、长阶 花属化ebe)、木穫属化ibiscus)、绣球花属化y化angea)、金丝桃属化yperi州m)、冬青属 (Ilex)、胡桃属（Juglans)、检属（Juniperus)、山月桂属化almia)、棟棠属（Kerria)、架树 属化oelreuteria)、紫薇属（Xagerstroemia)、落叶松属（Xarix)、拉瑞阿属（Xarrea)、甜柏 属（Xiboce化US)、女贞属（Xigustrum)、枫香属（Xiquidambar)、碟掌揪属（Xirioden化on)、 忍冬属化onicera)、桑澄属（Maclura)、木兰属（Ma即olia)、十大功劳属（Mahonia)、苹果属 (Malus)、骗幅葛属（Menispermum)、桑属（Morus)、杨梅属（Myrica)、紫树属（Nyssa)、木犀 属（Osmanthus)、铁木属（Ost;rya)、酸木树属（(kyden化on)、爬山虎属（Parthenocissus)、 山梅花属（Philadelphus)、石楠属（Photinia)、风箱果属任hysoca巧us)、云杉属 (Picea)、松属（Pinus)、海桐花属（Pittosporum)、悬铃木属（Platanus)、杨属、牧豆 树属（Prosopis)、李属（Primus)、黄杉属（Pseudotsuga)、愉橘属（Ptelea)、潘而希属 (Purshia)、梨属（Pyrus)、栋属（如ercus)、鼠李属（Miamnus)、石斑木属（Miaphiolepis)、 杜酷花属巧hododen化on)、漆树属巧bus)、醋粟属巧ibes)、刺槐属（Robinia)、菩薇属 (Rosa)、悬钩子属（Rubus)、柳属（Salix)、接骨木属（Sambu州S)、黄精属（Sassafras)、 红杉属（Sequoia)、水牛果属（Siepherdia)、费奠属（Smilax)、槐属（Sophora)、花揪属 (Sorbus)、绣线菊属（Spiraea)、省沾油属（Staphylea)、紫茎属（Stewartia)、毛核木属 (Symphorica巧OS)、下香属（Syringa)、落羽松属CTaxodium)、红豆杉属（Taxus)、崖柏属 (Thuja)、锻树属（Tilia)、铁杉属（Tsuga)、愉属扣Imus)、伞桂属（Umbellularia)、越枯 属（Vaccinium)、芙莲属（Viburnum)、葡萄属（Vitis)、花椒属狂antho巧lum)和样树属 狂e化ova)的植物。本发明的植物、植物组织或植物细胞可W是杂种植物或来自杂种植物。 本发明的植物可W具有提高的生长率、生物量和/或改善的对干旱条件的耐受性。在一个 实施方式中，本发明的植物表现出提高的he1表达。在一个实施方式中，植物包含引入植物 的hcl基