在不存在受精的情况下的果实形成的制作方法
【专利摘要】本发明涉及显示在不存在受精的情况下的果实形成性状的辣椒植物，其中所述性状可通过来自由种子长大的植物的渐渗杂交获得，所述种子在登记号NCIMB41678、NCIMB41680或NCIMB41684下保藏于NCIMB。本发明进一步涉及植物的子代、用于产生植物的繁殖材料、植物的果实和包含果实或其部分的食物产品。
【专利说明】在不存在受精的情况下的果实形成
[0001]本发明涉及就其果实形成的方式而言改变的植物和植物部分，特别是果实类蔬菜。更特别地，本发明涉及显示在不存在受精的情况下的果实形成的辣椒植物。这种果实形成方式通常被称为单性结实，并且果实被称为单性果实。本发明还涉及能够产生单性果实的这些植物的种子。本发明进一步涉及用于获得具有改变的基因型的所述植物及其种子的方法，所述植物在显示不存在受精的情况下的果实形成。
[0002]果实类蔬菜如辣椒的育种旨在产生最佳地适合专业生产环境的商业品种，以便产生可销售的产品。在选择过程中需要考虑与输入和输出性状相关的许多特征。在这方面非常重要的性状之一涉及坐果(fruit set)，特别是在不利环境条件例如高温或低温和干旱下的坐果。此类条件对于正常授粉和因此的受精是有害的，这导致弱坐果和因此的产量损失。当在不存在受精情况下的果实形成或单性结实可以用作性状时，由于几个原因，它是可以显著促成经济上更有效的辣椒果实生产的重要特征。
[0003]除了促成收获保证外，单性结实对于果实质量也是重要的。蒂腐病(BER)是在果实发育的最初阶段过程中由局部钙缺乏引起的生理学病症。BER具有经济意义，因为它引起辣椒的高产量方面的损失。BER的出现与高最初生长率强烈关联，还与果实中的种子数目强烈关联。单性结实的辣椒据报道对BER较不敏感，因为它们不含任何种子(Heuvelink和Korner ；AnnaIs of Botany88:69-74,2001)。
[0004]此外，需要从果实中去除种子的工业或家庭应用可以从单性结实强烈获益。在食品加工中，工业种子通常通过用水洗掉种子进行去除。因为这个步骤对于单性结实辣椒的加工是多余的，所以涉及的加工成本更少。此外，对于家庭应用，单性果实具有超过结籽果实的优点，因为由于种子的不存在，消费者更容易加工果实。
[0005]在不存在受精的情况下的果实形成引起组合这个特征与雄性不育特别是GMS (基因性雄性不育)的基因来源的可能性。这种形式的雄性不育促使花药不发育，因此不产生花粉。这对于栽培者具有几个优点 。首先，未发育的花药将减少人员发展对花粉的变态反应的机会。其次，可以实现成本降低，因为不再需要通常用于最佳化坐果的大黄蜂或其他传粉者，由于果实将在不存在受精的情况下结成。
[0006]单性结实的另一个高度有价值的性状是它稳定辣椒果实的生产流动。通常，辣椒生产的特征在于与低生产期交替的高果实生产期。辣椒生产链中的这种现象被称为冲洗(flushing)。这个周期行为导致具有高供应和低价格的时期和具有低供应和高价格的时期。避免辣椒生产过程中的这个不规则产量模式且提供更稳定的辣椒生产具有极大的经济意义。辣椒生产中的波动主要由坐果的波动引起。大约同时结成的几个发育中的果实的存在抑制坐果和新果实的生长，因为资源竞争和由于植物生长调节物产生的优势。
[0007]此外，已知辣椒种子数目中的增加也增加果实对以后发育的果实的结实和生长的抑制作用。因此，通过生长不含种子的单性果实辣椒生产的波动将更少。Heuvelink和Korner ；Annals of Botany88:69-74,2001)。
[0008]坐果通常依赖受精。受精是其中胚珠内含有的卵细胞和中央细胞与由花粉管递送的精细胞融合的过程。这个所谓的双受精是触发事件级联的步骤，所述事件级联导致胚胎和胚乳的形成且最终导致成熟种子。发育中的种子和周围组织生成刺激子房长出及其发育成肉质果的信号。显而易见地，受精提高阻止果实形成的一定发育屏障。这个机制确保果实形成依赖种子的形成，考虑到果实在种子散布中的生物学作用，这是有意义的。
[0009]然而，在果实形成的最初步骤中起作用的生理学和分子事件的了解是不完整的。植物激素生长素和赤霉素的牵涉已得到广泛证明，尽管其确切作用仍是难以捉摸的。生长素或赤霉素对未受精胚珠的应用在许多植物物种包括辣椒中导致果实形成。事实上，这些激素在实践中应用于改善当温室条件是亚最佳时的坐果。尽管生长素和赤霉素的应用具有一定实用价值，但它增加成本且可以导致果实形状的不规则。[0010]除了这些外在效应外，尽管不明确哪些组织是这些激素的实际来源，但假定激素生长素和赤霉素也在受精依赖性果实形成过程中起作用。这些激素的体系以及下游调节网络在很大程度上仍是未知的。其他激素例如细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜固醇看起来也在果实形成中起作用。
[0011]大多数辣椒基因型显示出一定水平的单性结实。然而，这些单性果实显示负多效性，例如果实大小减少、果实形状不规则和变形、和在果实内的心皮化生长(Tiwari等人BMC Plant Biologyll: 143，2011 )。心皮化生长是在辣椒果实内的假胚长出，这对于栽培者和消费者都是高度不希望有的效应。显示负多效性的单性果实被称为结节并且不视为真正的单性果实。
[0012]考虑到单性结实对辣椒果实生产的显著优点，存在辣椒中的单性结实的遗传来源的强烈需要，这允许在不存在受精的情况下的果实形成，更佳地称为单性果实形成，这优选不与负多效性联系。
[0013]本发明的目的是提供显示在不存在受精的情况下的果实形成的辣椒植物，而无负多效性。
[0014]在导致本发明的研究中，通过诱变处理使新辣椒植物发育，显示在不存在受精的情况下的果实形成。令人惊讶地发现这些植物形成具有与在受精后形成的果实那种相似的大小和形状的单性果实。
[0015]本发明因此提供了包含遗传决定子的辣椒植物，当纯合存在时，所述遗传决定子引起单性果实形成，其中所述决定子可通过来自由种子长大的植物的渐渗杂交获得，所述种子的代表性样品在登记号NCMB41678、NCIMB41680或NCMB41684下保藏于NCMB。
[0016]单性果实是在不存在受精的情况下形成的果实。单性果实因此是无籽果实。
[0017]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实是至少80%无籽的。
[0018]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实是至少90%无籽的。
[0019]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实是至少95%无籽的。
[0020]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实是至少99%无籽的。
[0021]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实是100%无籽的。[0022]本发明的单性果实具有相同植物或具有相似或相同遗传背景的植物的结籽果实那种约87%-约135%、优选约90%-约128%、更优选约93%-约121%、甚至更优选约96%-约107%且最优选约100%的平均长度。在这点上的相同遗传背景意指源于相同杂交。
[0023]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约87%的平均长度。
[0024]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约90%的平均长度。
[0025]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约93%的平均长度。
[0026]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约96%的平均长度。
[0027]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约100%的平均长度。
[0028]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约107%的平均长度。
[0029]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约114%的平均长度。
[0030]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约121%的平均长度。
[0031]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约128%的平均长度。
[0032]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约135%的平均长度。
[0033]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有约150%的平均长度。
[0034]本发明的单性果实的宽度适当地在受精后形成的果实宽度约90%-约110%之间变动。
[0035]优选地，宽度在约95%-约105%之间变动，更优选地，宽度是约99%_101%之间，最优选地，宽度与结籽果实相同，即与在受精后形成的果实相比较，100%。
[0036]在一个实施方案中，与在受精后形成的果实相比较，通过本发明的植物产生的单性果实具有至少约90%的平均宽度。
[0037]在另一个实施方案中，本发明的果实的平均宽度是在受精后形成的果实的至少约95%。
[0038]在另一个实施方案中，本发明的果实的平均宽度是在受精后形成的果实的至少约99%。
[0039]在进一步实施方案中，本发明的果实的平均宽度是在受精后形成的果实的至少约
100% O
[0040]在另一个实施方案中，本发明的果实的平均宽度是在受精后形成的果实的至少约
110% O[0041]在一个实施方案中，本发明涉及辣椒植物，其中导致本发明的单性果实形成的遗传决定子来自由种子长大的植物的渐渗杂交，所述种子的代表性样品在登记号NCIMB41678, NCIMB41680 或 NCMB41684 下保藏于 NCMB。
[0042]应当指出如果明确限定选择标准，那么技术人员将能够鉴定在任何进一步代中携带性状的后代，所述性状是本发明的遗传决定子的结果。对于本发明的性状，来自不携带单性果实形成性状的植物和携带单性果实形成性状的植物(其代表性种子在登记号NCIMB41678, NCMB41680或NCMB41684下保藏，所述种子携带本发明的性状)之间的杂交的后代可以通过下述发现:由种子生长F2植物，所述种子是来自最初杂交和自交步骤的结果，阻止因此获得的植物的授粉且选择产生果实的植物作为显示单性果实形成的植物。
[0043]在一个实施方案中，携带遗传决定子和本发明的表型性状的植物可通过下述由保藏物获得:
[0044]a)由其代表性样品在登记号NCMB41678、NCMB41680或NCMB41684下保藏的种子生长植物；
[0045]b)阻止植物的授粉；
[0046]c)选择产生果实的植物作为显示单性果实形成的植物。
[0047]在一个实施方案中，本发明涉及显示单性果实形成性状的辣椒植物，所述植物可通过下述获得: [0048]a)由其代表性样品在登记号NCMB41678、NCIMB41680或NCMB41684下保藏于NCIMB的种子生长植物；
[0049]b)阻止植物的授粉；
[0050]c)选择产生果实的植物作为显示单性果实形成的植物；
[0051]d)使步骤c)中选择的植物与不携带遗传决定子的植物杂交，以获得Fl群体；
[0052]e)使来自Fl的植物自交，以获得F2群体；和
[0053]f)重复步骤b)和C)，以鉴定显示单性果实形成的植物。
[0054]阻止授粉适当地通过使用步骤a)中的雄性不育植物完成。
[0055]代表性辣椒突变体的种子于2009年11月19日和2010年11月25日保藏于NCMBLtd.(Ferguson Building,Craibstone Estate, Bucksburn,Aberdeen,AB219YA)。表 I 显示了保藏登记号。
[0056]在一个实施方案中，本发明涉及辣椒植物，其中单性果实形成性状可得自选自由种子长大的杂种植物的(杂种)辣椒植物，所述种子的代表性样品如表1中列出的保藏于NCMB。
[0057]所有三个事件中的性状以与隐性遗传一致的模式转移，并且携带本发明的性状和遗传决定子的植物的选择因此适当地在已使Fl自交后的第二代(F2)中进行。
[0058]在一个实施方案中，本发明进一步涉及显示由遗传决定子引起的单性果实形成性状的辣椒植物，其中当所述植物对于所述决定子是纯合的，并且对于所述决定子纯合的所述植物与对于所述决定子纯合的试验植物杂交时，起因于所述杂交的第一代子代的植物显示对于单性果实形成性状的1:0分离。
[0059]在一个实施方案中，当所述第一代子代的所述植物自花授粉时，所得到的第二代子代的植物显示对于单性果实形成性状的1:0分离。在一个实施方案中，试验植物是衍生自突变系中的任何一种的植物，所述突变系的种子的代表性样品如表1中列出的保藏于NCIMB且显示单性果实形成性状，或显示如存在于表1中列出的突变系中的任何一种中的所述性状的子代植物。
[0060]在一个实施方案中，试验植物是突变系中的任何一种的植物，所述突变系的代表性样品如表1中列出的保藏于NCIMB，或是显示单性果实形成性状的所述突变系的子代的植物。
[0061]在本发明的一个实施方案中，授粉通过将花去雄得到阻止。
[0062]在本发明的另一个实施方案中，授粉通过使用雄性不育的由种子长大的辣椒植物得到阻止，所述种子的代表性样品在表1中列出的登记号下保藏。
[0063]在一个实施方案中，与在相同植物或接近同基因的对照植物受精后获得的果实相比较，本发明的辣椒的单性果实具有相似数目的心皮化长出的发生率。
[0064]在一个实施方案中，与在相同植物或接近同基因的对照植物受精后获得的果实相比较，本发明的辣椒的单性果实具有更少的心皮化长出的发生率。
[0065]在一个实施方案中，本发明的辣椒植物及其果实基本上不显示任何负多效性。果实是无籽的，并且在其大小、形状和心皮化长出的发生率方面，可与在相同植物或接近同基因的对照植物受精后获得的果实比较。
[0066]在一个实施方案中，本发明的遗传性状的表型表达不仅包含在不存在受精的情况下的果实形成，还包含具有可与在受精后形成的果实那种比较的大小和/或形状，和/或具有相似的心皮化长出的发生率的果实形成。在一个实施方案中，这些表型特征的组合表达对于本发明的性状是典型的。
[0067]在一个实施方案中，本发明涉及通过本发明的辣椒植物产生的果实及其部分。
[0068]表1
[0069]单性结实辣椒突变体的保藏登记号。
[0070]
【权利要求】
1.一种包含遗传决定子的辣椒植物，当纯合存在时，所述遗传决定子引起单性果实形成，其中所述决定子可通过来自由种子长大的植物的渐渗杂交获得，所述种子在登记号NCIMB41678, NCIMB41680 或 NCMB41684 下保藏于 NCMB。
2.如权利要求1中要求的辣椒植物,其中所述遗传决定子来自由种子长大的植物的渐渗杂交，所述种子在登记号NCMB41678、NCIMB41680或NCMB41684下保藏于NCMB。
3.如权利要求1或2中要求的辣椒植物，其可通过下述获得: a)由在登记号NCMB41678、NCMB41680或NCMB41684下保藏于NCMB的种子生长植物； b)阻止所述植物的授粉； c)选择产生果实的植物作为显示单性果实形成的植物； d)使步骤c)中选择的植物与不携带遗传决定子的植物杂交，以获得Fl群体； e)使来自Fl的植物自交，以获得F2群体；和 f)重复步骤b)和C)，以鉴定显示单性果实形成的植物。
4.如权利要求3中要求的辣椒植物，其中授粉通过将花去雄得到阻止。
5.如权利要求3中要 求的辣椒植物，其中授粉通过使用雄性不育的步骤a)中的辣椒植物得到阻止。
6.如权利要求1-5中任一项中要求的辣椒植物，其中所述单性果实具有与在受精后形成的果实那种相似的大小和/或形状。
7.如权利要求1-6中要求的辣椒植物的子代，其中所述子代植物能够形成单性果实。
8.如权利要求1-7中任一项中要求的辣椒植物，其中所述植物的成熟果实是绿色、黄色、橙色、红色、象牙色、褐色或紫色的。
9.如权利要求1-7中任一项中要求的辣椒植物，其中所述植物的成熟果实是甜椒包括甜食型辣椒、灯笼椒、大矩形椒、圆锥椒、长圆锥椒或块型辣椒。
10.如权利要求1-7中任一项中要求的辣椒植物，其中所述辣椒植物是来自物种辣椒、风铃辣椒、Capsicum chacoense、中华辣椒、小米椒的植物。
11.如权利要求1-9中任一项中要求的辣椒植物，其中所述辣椒植物是杂种。
12.能够生长成如权利要求1-11中任一项中要求的植物的种子。
13.如权利要求1-11中任一项中要求的植物,或由如权利要求12中要求的种子长大的植物的单性辣椒果实。
14.如权利要求13中要求的辣椒果实，其中所述果实是至少90%无籽的、优选至少95%无籽的、更优选至少98%无籽的、甚至更优选至少99%无籽的、最优选100%无籽的。
15.能够生长成如权利要求1-11中任一项中要求的植物的繁殖材料。
16.衍生自如权利要求1-11中任一项中要求的植物的繁殖材料，其中所述繁殖材料包含如权利要求1中定义的遗传决定子。
17.如权利要求15或16中要求的繁殖材料，其中所述繁殖材料选自小孢子、花粉、子房、胚珠、胚囊、卵细胞、插条、根、根尖、下胚轴、子叶、茎、叶、花、花药、种子、分生细胞、原生质体和细胞。
18.如权利要求15-17中任一项中要求的繁殖材料的组织培养。
19.食物产品，其包含任选以加工形式的如权利要求13或14中要求的果实或其部分。
【文档编号】A01H5/08GK103501592SQ201180066598
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年12月22日 优先权日:2010年12月22日
【发明者】P·M·埃格因克, C·M·P·范杜恩, J·P·W·哈恩斯特拉 申请人:瑞克斯旺种苗集团公司