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
【专利摘要】本申请提供了通过调节编码ELNINI（包含ELNINI特征序列）多肽的核酸在植物中的表达而增强产量相关性状的方法。本发明还提供了具有编码ELNINI多肽之核酸的表达受到调节的植物，所述植物相对于对照植物而言具有增强的产量相关性状。本发明还提供了包含ELNINI编码核酸的用于实施本发明方法的构建体。
【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]本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码ELNINI (包含ELNINI特征序列)多肽的核酸在植物中的表达而增强植物中产量相关性状的方法。本发明还涉及具有调节了编码ELNINI多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于相应的野生型植物或者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。
[0002]持续增加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性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，即这些技术典型地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(典型地处于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。
[0003]具体的经济价值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。因此优化上述因素可以有助于增加作物产量。
[0004]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、低芥酸油菜(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养分来源)。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。
[0005]对于众多作物的另一个重要性状是早期萌发势。改善早期萌发势是现代稻育种计划在温带和热带稻栽培品种两者上的一个重要目标。长的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(Zeamayes L.)杂种在欧洲大西洋地区的引种。
[0006]另一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)。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地域上栽培作物。
[0007]因此可通过优化上述因素之一来增加作物产量。[0008]取决于最终用途，对某些产量性状的修饰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，在种子参数方面的增加可能是特别希望的。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。 [0009]现已发现可以通过在植物中调节编码ELNINI多肽(包含ELNINI特征序列)的核酸在植物中的表达而改进植物中的多种产量相关性状。
[0010]目前已非常令人惊讶地发现，调节编码如本文中所定义的ELNINI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，特别是增加的绿色生物量和增加的种子产量的植物。
[0011]根据一个实施方案，提供了相对于对照植物改善植物如本文所提供的产量相关性状的方法，所述方法包括在植物中调节编码如本文中所定义的ELNINI多肽之核酸的表达。
[0012]在本说明书中章节标题和题目仅作为方便和参考目的，并不应当以任何方式影响本说明书的含义或解释。
[0013]定义
[0014]下述定义将被用于本申请文本通篇中。
[0015]多肽/蛋白质
[0016]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任意长度的氨基酸的聚合形式。
[0017]多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列
[0018]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的核苷酸的聚合无分支形式，即核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或这二者组合。
[0019]同源物
[0020]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。
[0021]缺失指从蛋白质中移除一个或多个氨基酸。
[0022]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?1"表位、lacZ、CMP (钙调蛋白结合肽)、HA表位、蛋白C表位和VSV表位。
[0023]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α -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。氨基酸替换典型地是单个残基的，不过可以是簇集性的，这取决于置于多肽的功能性约束，并且可以在1-10个氨基酸的范围内；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)。
[0024]表1:保守性氨基酸替换的例子
【权利要求】
1.在植物中用于相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括在植物中调节编码ELNINI多肽的核酸的表达，其中所述ELNINI多肽包含由SEQ ID NO:43,SEQ ID NO:44,SEQID N0:45表不的特征序列之一。
2.根据权利要求1的方法，其中所述受调控的表达通过在植物中引入和表达编码所述ELNINI多肽的所述核酸而实现。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述增强的产量相关性状包含相对于对照植物增加的产量，并且优选包含相对于对照植物增加的生物量和/或增加的种子产量。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。
5.根据权利要求1-3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、盐胁迫或氮缺乏的条件下获得。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法,其中所述ELNINI多肽包含下述基序的一种或者多种: ⑴由SEQ ID NO:46所示的基序1， (ii)由SEQID N0:47所示的基序2， (iii)由SEQID N0:48所示的基序3， (iv)由SEQID N0:49所示的基序4， (V)由SEQ ID N0:50所示的基序5。
7.权利要求1至6的任一项的方法，其中所述编码ELNINI的核酸是植物来源的，优选来自双子叶植物，还优选来自禾本科(Poaceae),更优选来自稻属(Oryza),最优选来自稻(Oryza sativa)。
8.权利要求1至7的任一项的方法，其中所述编码ELNINI的核酸编码表A中列出的任意一种所述多肽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8的任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A中给出的任一所述多肽的直向同源物或旁系同源物。
10.权利要求1至9的任一项的方法，其中所述核酸编码SEQID NO: 2所示的多肽。
11.权利要求1至10的任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子，优选与中等强度的组成型启动子，优选与植物启动子，更优选与G0S2启动子，最优选与来自稻的G0S2启动子有效连接。
12.通过权利要求1至11的任一项的方法获得的植物、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如权利要求1和6-10中任一项所定义的编码ELNINI多肽的重组核酸。
13.构建体，包含: (i)权利要求1和6-10中任一项所定义的编码ELNINI多肽的核酸； (?)能驱动(i)的核酸序列表达的一个或多个调控序列；和任选地 (iii)转录终止序列。`
14.权利要求13的构建体，其中所述调控序列之一是组成型启动子，优选中等强度的组成型启动子，优选植物启动子，更优选G0S2启动子，最优选来自稻的G0S2启动子。
15.权利要求13或14的构建体在方法中的用途，所述方法用于产生相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选相对于对照植物具有增加的产量，和更优选相对于对照植物具有增加的种子产量和/或增加的生物量的植物。
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.用于产生转基因植物的方法，所述转基因植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选相对于对照植物具有增加的产量，和更优选相对于对照植物具有增加的种子产量和/或增加的生物量，所述方法包括: (i)在植物细胞或植物中引入和表达权利要求1和6-10中任一项所定义的编码ELNINI多肽的核酸；和 (?)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.转基因植物或来源于所述转基因植物的转基因植物细胞，所述转基因植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状，优选相对于对照植物具有增加的产量，和更优选相对于对照植物具有增加的种子产量和/或增加的生物量，所述产量相关性状产生自权利要求1和6-10中任一项所定义的编码ELNINI多肽的核酸的受调节的表达。
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，其中所述植物是作物植物，例如甜菜、糖萝卜或苜蓿；或者单子叶植物如甘蔗；或谷物如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、一粒系小麦、teff、高粱和燕麦。
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是苗生物量和/或种子。
21.来源于权利要求19的植物和/或来源于权利要求20的植物的可收获部分的产品。
22.权利要求1和6-10中任一项所定义的编码ELNINI多肽的核酸的用途，用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状，优选在植物中相对于对照植物用于增加产量，和更优选用于增加种子产量和/或用于增加生物量。
23.用于产生产品的方法，所述方法包括培养权利要求12、16、19或20的植物，并从所述植物；或其部分，包括种子，产生所述产品或通过所述植物；或其部分，包括种子，产生所述产品的步骤。
24.包含在植物细胞中的根据权利要求13或14的构建体。
【文档编号】C12N15/82GK103732055SQ201280039684
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2011年6月23日
【发明者】C·勒佐, S-M·于, S-S·康, Y·辛, T-H·D·侯, S-F·鲁 申请人:巴斯夫植物科学有限公司