专利名称：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
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本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码胚花2或EMF2多肽或者UCH-1样(泛素C末端水解酶I)多肽的核酸在植物中的表达而增强产量相关性状的方法。本发明还涉及具有调节了编码EMF2多肽或UCHl样多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于野生型植物或其他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本发明方法的构建体。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。 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(early vigor)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。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。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(Corn Belt germplasm)的玉米(Zea mayesL.)杂种在欧洲大西洋地区的引种。另外的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，Planta218，1-14, 2003) 0非生物胁迫可以由干旱、盐度、极端温度、化学毒性和氧化胁迫引起。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。
作物产量因而可以通过优化前述因素之一而增加。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。现已发现可以通过在植物中调节编码EMF2或UCH-1样(泛素C末端水解酶I)多·肽的核酸在植物中的表达而增强植物中的多种产量相关性状。背景EMF2是PcG,染色质相关的多梳家族蛋白(Polycomb Groupprotein)。在动物中，PcG蛋白质形成大蛋白质复合体，并用于重建染色质结构、改变DNA与转录所需因子的可接近性。PcG蛋白质还可以见于植物界。在拟南芥(Arabidopsis)中，果蚬Su (Z) 12具有,例如3种(和假的)直向同源物FIS、EMF2和VRN2。这些直向同源物在3种类似的复合体(称为多梳抑制复合体2或PRC2样复合体)中起作用。这3种PRC2复合体具有至少部分分离的功能。复合体FIS2/MEA/FIE/MSII在配子体和胚乳发育期间，介导胚乳增殖的Pheresl抑制。复合体EMF2/CLF/FIE/MSII在营养体(vegetative)发育期间，抑制花同源异型基因Agamous (AG)、Apetala3 (AP3)和Pistallata (PI)0 VRN2复合体通过抑制花基因座C (FLC)进行春化应答的外遗传控制。EMF2属于涉及PcG复合体的小拟南芥基因家族，其通过抑制MADS框基因，限定了发育过程。PRC2样复合体在拟南芥生活周期的不同阶段发挥作用。EMF复合体，即CLF/SWN、EMF2、FIE和MSIl促进植物的营养体发育，并延迟繁殖，而且还维持细胞在分化状态。VRN复合体，即CLF/SWN、VRN2、FIE和MSII，在春化后建立FLC的外遗传沉默，并使得能够开花。FIS复合体，即MEA/SWN、FIS2、FIE和MSIl，防止在没有受精的情况下种子发育，并且其对于正常种子发育是必需的。泛素C末端水解酶(UCH)是去泛素化蛋白质酶体的一部分，所述去泛素化蛋白质酶体从泛素(Ub)标记的蛋白质中切割共价连接的泛素，从而回收Ub。据报道，在拟南芥中过表达UCH-1导致了对植物生长，特别是对枝条的发育的负作用(Yang等人Plant J. 51，441-457,2007)。对于能育性没有观察到影响。概述目前令人惊讶地发现，调节编码如本文中所定义的EMF2多肽或UCHl样多肽之核酸的表达产生相对于对照植物具有增强的产量相关性状，特别是增加的产量的植物。根据一个实施方案，提供了相对于对照植物，改善如本文中所提供的植物产量相关性状的方法，包括调节编码如本文中所定义的EMF2多肽或UCHl样多肽之核酸在植物中的表达。本说明书中的附图
简述和标题部分仅出于方便性和参考性目的，并且不应以任何方式影响本说明书的意义或解释。定义在整个本说明书中使用以下定义。多肽/蛋白质
术语“多肽”和“蛋白质”在本文中可互换使用，指通过肽键连接在一起的处于任意长度的氨基酸聚合形式。多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列术语“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在本文中可互换使用并且指任意长度聚合无分支形式的核苷酸，即核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或这二者组合。同源物蛋白质的“同源物”包括这样的肽、寡肽、多肽、蛋白质及酶，它们相对于非修饰的所讨论蛋白质具有氨基酸替换、缺失和/或插入并且与其所源自的非修饰蛋白质具有相似生物学活性和功能活性。缺失指从蛋白质中移除一个或多个氨基酸。 插入指一个或多个氨基酸残基在蛋白质中预定位点内的引入。插入可以包含氨基端融合和/或羧基端融合以及单个或多个氨基酸的序列内插入。通常，在氨基酸序列内部的插入会比氨基端融合或羧基端融合小，约1-10个残基的级别。氨基端或羧基端融合蛋白或融合肽的例子包括如酵母双杂交系统中所用转录激活物的结合结构域或激活结构域、噬菌体外壳蛋白、(组氨酸)-6-标签、谷胱甘肽S-转移酶-标签、蛋白A、麦芽糖结合蛋白、二氢叶酸还原酶、Tag 100表位、c-myc表位、FLAG . _表位、IacZ, CMP (钙调蛋白结合肽)、HA表位、蛋白C表位和VSV表位。替换指以具有相似特性(如相似疏水性、亲水性、抗原性、形成或破坏a -螺旋结构或￠-折叠结构的倾向)的其它氨基酸替换蛋白质的氨基酸。氨基酸替换一般是单个残基的，不过可以是簇集性的，这取决于置于多肽的功能性约束，并且可以是1-10个氨基酸；插入通常会是约1-10个氨基酸残基级别。氨基酸替换优选地是保守性氨基酸替换。保守性替换表是本领域众所周知的(见例如Creighton (1984)Proteins, ff. H. Freeman和Company(编著)和下表I)。表1:保守性氨基酸替换的例子
残基j保守性替换~pi~j保守性替换 Ala SerLeu He ；Val
Arg LysLys Arg ；Gln
Asn Gln ；HisMet Leu ；Ile
Asp GluPhe Met ；Leu ；Tyr
Gln AsnSer Thr ；Gly
Cys SerThr Ser ；Val
Glu AspTrp Tyr
权利要求
1.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码EMF2多肽的核酸在植物中的表达，其中所述EMF2多肽包含对应于SMART登录号SM00355的InterPro登录号IPR015880C2H2型锌指和对应于PFAM登录号PR)9733的InterPro登录号IPR019135VEFS-框多梳蛋白质结构域。
2.权利要求1的方法，其中所述受调节的表达通过在植物中引入和表达编码所述EMF2多肽的所述核酸来实现。
3.权利要求1或2的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，以及优选地包括相对于对照植物增加的生物量和/或增加的种子产量。
4.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状在非胁迫条件下获得。
5.权利要求1至3中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得。
6.权利要求1至5中任一项的方法，其中所述EMF2多肽包含一个或多个以下基序 ⑴基序1: D [VI]AD [LF]EDRRMLDDFVDVTKDEK [QL] [VIM]MH [LM]WNSFVRKQRVLADGHIPffACEAF (SEQ ID NO:5)， (i i)基序 2:[LM]Q[KR]TEVTEDF[TS]CPFCLVKC[VAG]SFKGL[RG][YC]HL [CNPT]SSHDLF[KHN][FY]EFff[VI] (SEQ ID N0:6),(iii)基序 3:AAEES[LF] [AS] [SLI] YCKPVELYNI [IL]QRRA[VI] [RK]NP[SL]FLQRCL[QHL]YKI[QH]A[KR][HR]K[KR]RIQ[MI]T[IV] (SEQ ID N0:7)。
7.权利要求1至6中任一项的方法，其中编码EMF2蛋白质的所述核酸是植物来源的，优选地来自双子叶植物，进一步优选地来自爺科(Solanaceae),更优选地来自爺属(Solanum),最优选核酸来自番爺(Solanum lycopersicum)。
8.权利要求1至7中任一项的方法，其中编码EMF2蛋白质的所述核酸编码表Al中所列多肽的任意之一或者是该核酸的一部分，或者是能与该核酸杂交的核酸。
9.权利要求1至7中任一项的方法，其中所述核酸序列编码表Al中所给出的任一多肽 的直向同源物或旁系同源物。
10.权利要求1至9中任一项的方法，其中编码所述编码EMF2多肽的所述核酸对应于SEQ ID NO:2。
11.权利要求1至10中任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子，优选地与中等强度组成型启动子，优选地与植物启动子，更优选地与G0S2启动子，最优选地与来自稻的G0S2启动子有效连接。
12.通过权利要求1-11中任一项的方法可获得的植物、其部分，包括种子或植物细胞，其中所述植物、植物部分或植物细胞包含编码如在权利要求1和6至10中任一项所定义的EMF2多肽的重组核酸。
13.构建体，包含 (i)编码如权利要求1和6至10中任一项所定义的EMF2蛋白质的核酸； (ii)能够驱动(i)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选地 (iii)转录终止序列。
14.权利要求13的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选地中等强度组成型启动子，优选地植物启动子，更优选地G0S2启动子，最优选来自稻的G0S2启动子。
15.权利要求13或14的构建体在用于制造相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地增加的产量，以及更优选地相对于对照植物增加的种子产量和/或增加的生物量的植物的方法中的用途。
16.用权利要求13或14的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
17.用于生产相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地相对于对照植物增加的产量，以及更优选地相对于对照植物增加的种子产量和/或增加的生物量的转基因植物的方法，包括 (i)在植物细胞或植物中引入和表达编码如权利要求1和6至10中任一项所定义的EMF2多肽之核酸；和 (ii)在促进植物生长和发育的条件下培养所述植物细胞或植物。
18.相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地相对于对照植物具有增加的产量，以及更优选地增加的种子产量和/或增加的生物量的转基因植物，其获自如编码权利要求I和6至10中任一项所定义的EMF2多肽之核酸受调控的表达或者源自所述转基因植物的转基因植物细胞。
19.权利要求12、16或18的转基因植物，或其来源的转基因植物细胞，其中所述植物是农作物植物，如甜菜、制糖甜菜或苜蓿；或单子叶植物例如甘蔗；或谷物，如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、二粒小麦、斯佩耳特小麦、黑麦、单粒小麦、画眉草、蜀黍或燕麦。
20.权利要求19的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选为苗生物量和/或种子。
21.产品，其来自权利要求19的植物和/或来自权利要求20的植物的可收获部分。
22.编码权利要求1和6至10中任一项中定义的EMF2多肽的核酸在相对于对照植物增加产量相关性状，优选地增加产量，以及更优选地相对于对照植物在植物中增加种子产量和/或增加生物量中的用途。
23.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码UCHl-样多肽的核酸在植物中的表达，其中所述UCHl-样多肽包含肽酶_(12结构域(Pfam PF1088)。
24.权利要求23的方法，其中所述受调节的表达通过在植物中引入和表达编码所述UCHl-样多肽的所述核酸来实现。
25.权利要求23或24的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，以及优选地包括相对于对照植物增加的生物量和/或增加的种子产量。
26.权利要求23至25中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状在非胁迫条件下获得。
27.权利要求23至25中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得。
28.权利要求23至27中任一项的方法，其中所述UCHl-样多肽包含一个或多个以下基序(i)基序 4: [VA] [TS]EKI [IL]MEEE[DK]FKKff [KR]TENIRRKHNY[IV]PFLFNFLKILAE K[KQ]QLKPLIEKA[VKA] (SEQ ID NO:150)，(ii)基序5:Q[KR]AA[GST] [QK] [ED]DDVYHFISY[LVI]PVDGVLYELDGLKEGPISLG QC[TP]G(SEQ ID NO:151), (iii)基序6:PNPNLFFA[RSN]Q[VI]INNACA[ST]QAILS[IV]L[ML]N[CSR]P (SEQIDNO:152)。
29.权利要求23至28中任一项的方法，其中编码UCHl-样多肽的所述核酸是植物来源的，优选地来自双子叶植物，进一步优选地来自杨柳科，更优选地来自杨属(Populus),最优选核酸来自毛果杨(Populus trichocarpa)。
30.权利要求23至29中任一项的方法，其中编码UCHl-样多肽的所述核酸编码表A2中所列多肽的任意之一或者是该核酸的一部分，或者是能与该核酸杂交的核酸。
31.权利要求23至30中任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A2中所给出的任一多肽的直向同源物或旁系同源物。
32.权利要求23至31中任一项的方法，其中编码所述UCHl-样多肽的所述核酸对应于SEQ ID NO:62。
33.权利要求23至32中任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子，优选地与中等强度组成型启动子，优选地与植物启动子，更优选地与G0S2启动子，最优选地与来自稻的G0S2启动子有效连接。
34.通过权利要求23-33中任一项的方法可获得的植物、其植物部分，包括种子或植物细胞，其中所述植物、植物部分或植物细胞包含编码如在权利要求23和28至32中任一项所定义的UCHl-样多肽的重组核酸。
35.构建体，包含 (i)编码如权利要求23和28至32中任一项所定义的UCHl-样多肽的核酸； (ii)能够驱动(i)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选地 (iii)转录终止序列。
36.权利要求35的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选地中等强度组成型启动子，优选地植物启动子，更优选地G0S2启动子，最优选来自稻的G0S2启动子。
37.权利要求35或36的构建体在用于制造相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地增加的产量，以及更优选地相对于对照植物增加的种子产量和/或增加的生物量的植物的方法中的用途。
38.用权利要求35或36的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
39.用于生产相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地相对于对照植物增加的产量，以及更优选地相对于对照植物增加的种子产量和/或增加的生物量的转基因植物的方法，包括 (i)在植物细胞或植物中引入和表达编码如权利要求23和28至32中任一项所定义的UCHl-样多肽之核酸；和 (ii)在促进植物生长和发育的条件下培养所述植物细胞或植物。
40.相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选地相对于对照植物具有增加的产量，以及更优选地增加的种子产量和/或增加的生物量的转基因植物，获自编码如权利要求23和28至32中任一项所定义的UCHl-样多肽之核酸受调控的表达或者源自所述转基因植物的转基因植物细胞。
41.权利要求34、38或40的转基因植物，或其来源的转基因植物细胞，其中所述植物是农作物植物，如甜菜、制糖甜菜或苜蓿；或单子叶植物例如甘蔗；或谷物，如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、二粒小麦、斯佩耳特小麦、黑麦、单粒小麦、画眉草、蜀黍或燕麦。
42.权利要求41的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选为苗生物量和/或种子。
43.产品，其来自权利要求41的植物和/或来自权利要求42的植物的可收获部分。
44.编码权利要求23和28至32任一项中定义的UCHl-样多肽的核酸在相对于对照植物增强产量相关性状，优选地增加产量，以及更优选地相对于对照植物在植物中增加种子产量和/或增加生物量中的用途。
全文摘要
提供了核酸和所编码的胚花2或EMF2多肽或者泛素C末端水解酶1(UCH-1样)多肽。提供了通过调节植物中编码EMF2多肽或者UCH-1样多肽的核酸的表达增强植物中产量相关性状的方法。具有编码EMF2多肽或者UCH-1样多肽的核酸的受调节的表达的植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状。
文档编号C12N15/29GK103003432SQ201180034644
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月19日
发明者V·弗兰卡德, S·范德纳比利 申请人:巴斯夫植物科学有限公司