具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法

具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及用于通过调节植物中编码PATL(PATELLIN)多肽，或PRP38(RNA加工因子前体38)，或ADA2(转录衔接头2)多肽的表达而增强植物产量相关性状的方法。本发明也涉及用于通过调节植物中GATA样多肽的核酸的表达而提高千粒重、种子总重量和/或饱满种子数的方法。本发明也涉及用于通过增加植物中编码WD40重复(WDR)23样多肽的核酸的表达而增强多种植物产量相关性状的方法。本发明也提供了在本发明方法中有用的迄今未知的PATL核酸和构建体。
【专利说明】具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
[0001]本申请为2008年11月26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/EP2008/066237的分案申请，所述PCT申请进入中国国家阶段的日期为2010年6月I日，申请号为200880118749.9。
[0002]本发明总体上涉及分子生物学领域并涉及用于通过调节植物中编码PATL (PATELLIN)多肽或PRP38 (RNA加工因子前体38)或GATA样多肽或ADA2 (转录衔接头
2)多肽或WDR23样多肽的核酸的表达而增强植物产量相关性状的方法。本发明也涉及具有编码PATL多肽或PRP38或GATA样或ADA2多肽或WDR23样的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对 应野生型植物或其他对照植物具有增强的产量相关性状。本发明也提供了在本发明方法中有用的迄今未知的PATL或PRP38或GATA样或ADA2或DR23样核酸和构建体。
[0003]在一个实施方案中，本发明还涉及用于通过调节编码GATA样多肽的核酸在植物中的表达来改善植物生长特征的方法。本发明还涉及具有编码GATA样多肽的核酸的受调节的表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其他对照植物具有改善的生长特征。本发明也提供了在本发明方法中有用的构建体。
[0004]在另一个实施方案中，本发明还涉及用于通过增加编码WD40重复(WDR) 23样多肽的核酸序列在植物中的表达来增强各种植物产量相关性状的方法。本发明还涉及具有编码WD23样多肽的核酸的增加的表达的植物，所述植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状。此外，本发明涉及编码具有上述植物产量增加活性的上述多肽的特定核酸序列、包含所述核酸序列的核酸构建体、载体和植物。
[0005]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提高农业效率的研究。常规的作物及园艺学改良手段利用选择育种技术以鉴定具有受欢迎特征的植物。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，其经常含有异源的遗传组分，其可能不总导致受欢迎性状从亲代植物传递下去。分子生物学进展已经允许人类改良动物及植物的种质。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)并且随后导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、农学或园艺学改良性状的作物或植物的能力。
[0006]具有特殊经济意义的性状是提高的产量。产量通常定义为来自作物的经济价值的可测量结果。该结果可以就数量和/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、胁迫耐受性和早期生长势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。优化前述因素因而可以有助于提高作物产量。
[0007]种子产量是特别重要的性状，因为许多植物的种子对人和动物营养是重要的。作物如谷物、稻、小麦、卡诺拉油菜和大豆占超过一半的人类总热量摄入，无论通过直接消费种子本身或通过消费基于加工的种子而产生的肉产品。作物也是糖、油及工业加工中所用许多类型代谢物的来源。种子含有胚(新枝条(shoot)和新根的起源)和胚乳(萌发期间和籽苗早期生长期间用于胚生长的养分来源)。种子发育涉及多种基因并且需要代谢物从根、叶和茎转移至正在生长的种子中。胚乳尤其同化糖类、油和蛋白质的代谢前体并且将它们合成为贮藏大分子以灌满籽粒。
[0008]植物生物量是饲料作物如苜蓿、饲用谷物和干草的产量。产量的许多代用物已经用于谷物作物。它们当中主要是对植物尺寸的估计。植物尺寸可以根据物种和发育阶段以多种方式测量，不过包括总植物干重、地上部分干重、地上部分鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、莲座丛直径、叶长度、根长度、根质量、分蘖数和叶数。许多物种维持在给定发育阶段上植物不同部分的尺寸之间的保守比率。这些异速增长关系用来从这些尺寸量值之一外推至另一种尺寸量值(例如 Tittonell 等，2005Agric Ecosys&Environl05:213)。在发育早期的植物尺寸一般与发育中稍后的植物尺寸相关。具有较大叶面积的较大植物通常可以比较小的植物吸收更多光线和二氧化碳并且因而可能会在相同的时段期间获得更大重量(Fasoula和Tollenaar2005Maydica50:39)。此外，这也是植物应当初始实现较大尺寸的微环境优势或遗传优势的潜在延续。存在针对植物尺寸和生长速率的强遗传组分(例如ter Steege等，2005Plant Physiologyl39:1078),并且因而对于一系列各异遗传表型，在一种环境条件下的植物尺寸很可能关联于另一种环境条件下的尺寸(Hittalmani等，2003Theoretical AppliedGeneticsl07:679)。以这种方式，使用标准环境作为作物在田间于不同位置及时间所遭遇的多样且动态环境的代用物。[0009]对于许多作物的另一个重要性状是早期生长势。改善早期生长势是现代稻育种计划在温带和热带稻品种方面的重要目标。长根对于水栽稻中正确土壤固定是重要的。在稻直接播种至被淹没田地的情况下，以及在植物必须从水中迅速萌发的情况下，较长的枝条与生长势相关。在实施条播的情况下，较长的中胚轴和胚芽鞘对良好出苗是重要的。将早期生长势A工改造到植物内的能力在农业中将是极重要的。例如，不良的早期生长势已经限制了基于玉米带种质(Corn Belt germplasm)在欧洲大西洋地区引种玉米(Zea mayesL.)杂种。
[0010]收获指数即种子产量对地上部分干重的比率在许多环境条件下是相对稳定的并且因而可以经常获得植物尺寸与谷物产量之间的强相关(例如Rebetzke等，2002CropScience42:739)。这些过程是内在联系的，因为谷物生物量的主要部分取决于植物叶和莖的现有和储备光合生产率(Gardener 等，1985Physiology of Crop Plants.1owa StateUniversity Press,第68-73页)。因此,选择植物尺寸(甚至在发育的早期)已经用作未来潜在产能的指示物(例如Tittonell等，2005Agric Ecosys&Environl05:213)。当检验遗传差异对胁迫耐受性的影响时，使土壤属性、温度、水和养分有效性和光强度标准化的能力是温室或植物生长室环境与田间相比的固有优势。然而，产量因不良授粉所致的人为限制可能限制这些受控环境检验产量差异的用途，其中所述的不良授粉因缺少风和昆虫或成熟根或根冠生长的足够空间引起。因此，在标准化条件下在生长室或温室测量发育早期的植物尺寸是提供潜在遗传产量优势指示的标准操作。
[0011]另一个重要性状是改良的非生物性胁迫耐受性。非生物性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平均产量降低超过50% (Wang等，(2003)Planta218:1_14)。非生物性胁迫可以由干旱、盐度、极端温度、化学毒性养分、(大分子和/或微量元素)过量或匮乏、辐射和氧化胁迫引起。提高植物的非生物性胁迫耐受性能力将在世界范围对农民是巨大的经济优势并且将允许在不利条件期间及在本来不可能栽培作物的陆地上栽培作物。
[0012]因而可以通过优化前述因素之一提高作物产量。
[0013]取决于最终用途，对某些产量性状的改良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希望的，而对于应用如面粉、淀粉或油生产而言，种子参数提高可能是特别希望的。即便在种子参数当中，某些参数可以更优先于其它参数，这取决于用途。多种机制可以有助于提高种子产量，无论其形式为提高的种子尺寸或提高的种子数目。
[0014]增强植物中产量相关性状(种子产量和/或生物量)的一种方法可以是通过调节植物的内在生长机制如细胞周期或参与植物生长或参与防御机制的多种信号传导途径。
[0015]现在已经发现可以通过调节植物中编码PATL(Patellin)多肽或PRP38 (RNA加工因子前体38)或ADA2 (转录衔接头2)多肽或WD40重复(WDR) 23样多肽的核酸的表达而增强植物中多种产量相关性状
[0016]又发现可通过调节植物中编码GATA样(目的蛋白)的核酸表达而改善多种生长特征。
[0017]增强的产量相关性状包含以下一项或多项:提高的每株植物种子总产量、提高的种子饱满率、提闻的种子充数量、提闻的收获指数或提闻的千粒重。
[0018]脂类(含ipids)是在非极性溶剂(如氯仿或醚)中可溶的物质。脂类是活生物体中的必需成分。如糖脂 、磷脂和胆固醇的脂类是细胞膜的关键结构成分，而甘油三酯是生物能源分子。磷脂酰肌醇(PtdIns)和磷脂酰胆碱(PtdCho)是磷脂的实例。脂类和蛋白质间的相互作用在将涉及多种过程(如细胞信号发放和细胞增殖)的蛋白质和糖脂靶向至特定的膜和细胞内部位中起作用。多种蛋白质与脂类的生物合成、转运和吸收相关。此外，涉及信号转导和蛋白质导向的关键蛋白质具有翻译后附加至其的脂类衍生基团(Stryer，L.(1995)Biochemistry, ff.H.Freeman 和 C0.，New York N.Y.,第 264-267 页，934)。
[0019]磷脂酰肌醇/磷脂酰胆碱转移蛋白质(PIPT)是通过促进在真核细胞的不同月旲区室中转移，而涉及PtdIns和PtdCho代谢协调的遍在蛋白质。在酵母中，王要的PIPT是SEC14蛋白质，它是从高尔基体外侧网络分泌必需的(Bankatis等，1989，J.CellBiol.108:1271-81)。在植物和其他高等生物中发现了类似的蛋白质。在植物中，几种SEC14同源物已被描述为与酿酒酵母(S.cerevisiae) SEC14蛋白质具有约25%的氨基酸序列相似性，在一些情况下，已通过secl4-l温度敏感型酵母突变体的互补在实验上验证了假定的Ptdlns/PtdCho转移功能(Jouannic等，1998)。据报道，植物SEC14蛋白质在多种生物学过程中发挥作用，如胞质分裂、高渗胁迫诱导的信号发放途径、多种膜间的小泡运输或结瘤作用期间的膜生物发生(Allen-Baume 等，2002 ；FEBsLetters531:74-80 ；Peterman等，2004.Plant Phys.136:3080-3094 ;Monks 等，2001，Plant Celll3:1205-19 ；Kapranov等，2001Plant Celll3:1369-1382)。
[0020]在拟南芥(Arabidopsisthaliana)中，已报道 Patellinl (PATLl)蛋白质(SEC14同源物蛋白质家族成员)在胞质分裂期间定位至细胞板和显示具有PtdIns结合活性。PATLl是拟南芥中六种蛋白质的小家族的成员，其特征在于存在SEC14和GOLD (高尔基体动力学)结构域这两种保守结构域。
[0021]SEC14结构域见于酵母的SEC14蛋白质和见于RhoGAP、RhoGEF和asGAP、神经纤维瘤蛋白(NFl)。该结构域还见于多种可以作为视觉周期功能成分的视黄醛/维甲醛结合蛋白质的C端，和Trio蛋白质中，Trio蛋白质是整合和放大涉及肌动蛋白重建的信号的多功能因子。SEC14有时称为CRAL_TR10结构域。SEC14结构域涉及脂类结合(Sha和Lu0.1999.，Biochim Biophys Acta.1441:268-77)。
[0022]GOLD结构域是见于几种真核高尔基体和脂类运输蛋白质的蛋白质组件。其长度一般在90-150氨基酸之间。在GOLD结构域超家族中观察到的大部分大小差异可追踪至见于该结构域的一些版本中的单个巨大的低复杂性插入片段。GOLD结构域存在于可与膜相互作用，或在多种蛋白质与细胞骨架丝的相互作用中有作用的蛋白质中，如动物SEC14蛋白质或酵母氧固醇(oxysterol)结合蛋白质同源物3 (0SH3)。预测GOLD结构域介导多中蛋白质-蛋白质相互作用(Anantharaman 等，2002.Genome Biol.3) ?
[0023]专利申请W02004/09014描述了涉及胁迫耐性的部分PATL蛋白质。
[0024]细胞中信使RNA(mRNA)的合成和功能需要包含转录、加工、转运、翻译和降解的一系列事件。RNA加工指翻译后修饰RNA的事件。在真核生物中，大多数新生前mRNA包含内含子，内含子的切除导致外显子的精确连接以产生成熟mRNA，成熟mRNA是被核糖体用来翻译为蛋白质的RNA形式。RNA的转录后修饰还包含影响稳定性和翻译效率的5’端帽化和3’端聚腺苷化。mRNA翻译和周转间的关系对基因表达调节和细胞正确发挥作用很关键。在真核生物中，数十种蛋白质涉及RNA代谢。这种蛋白质的实例是前mRNA剪接因子PRP38。
[0025]酵母PRP38是在前mRNA剪接缺陷的酿酒酵母的温度敏感型突变体遗传筛选中鉴定的(Blanton 等，1992, Mol.Cel.Biol.12, 3939-3947)。插入序列从真核前 mRNA 转录本的切除发生于细胞核内称为剪接体的巨大的复杂结构上。剪接体通过两个步骤的机制进行内含子切除，该机制 包含(i)内含子上在5’剪接位点切割和连接内含子5’端核苷酸至3’
端附近的腺苷和(ii)在3’剪接位点切割和外显子连接。剪接体的组装通过u1、U1U4/
U6和U5snRNP(小核糖核蛋白U1-U6)的相继加入来进行。在组装过程后期，U4从剪接体解离。据信，导致前mRNA分子中内含子切除的剪接的催化事件发生在U4解离之后。在酵母中，据报道，PRP38对剪接体组装不是必要的，但其是导致剪接体催化激活的构象变化必需的(Xie 等，(1998)EMBO Journall7 卷 pp.2938-2946)。
[0026]在拟南芥中，依照其与SR蛋白质的序列相似性，PRP38蛋白质(AtPRP38)被称为SRLl (SR 样 I) (Forment 等，Plant J.2002 年 6 月；30(5):511-9)。但是，PRP38 在结构上不同于其他SR蛋白质。SR蛋白质一般包含RRM结构域(RNA结合结构域)和RS结构域(Kalyna 和 Barta Biochem Soc Trans.200432:561-4.)，而 AtPRP38 包含 RS 结构域但缺少RRM结构域。
[0027]W001/81599描述了用编码几种SR蛋白质的核酸在酵母和植物中改良胁迫耐性的方法。已发现SRLl及其他在前mRNA剪接中起作用的蛋白质在植物对非生物胁迫的响应中发挥重要作用(Lee 等，2006Plant Cell.Jul ；18(7) =1736-49) ?
[0028]GATA家族形成真核生物Cys2/Cys2型锌指转录因子(见于如细胞状黏菌、植物、真菌、线虫、昆虫、棘皮动物、脊椎动物)中的主要家族之一，其包含I个或2个高度保守的锌指DNA结合结构域。DNA结合的共有序列是CX2CX17_2(ICX2C，并包含由保守的4个半胱氨酸配位(coordinate)的锌原子(Omichinski等，1993 ;Reyes等，2004)。此结构域之后一般是碱性区域。其特征性地在GATA识别序列(A/T)GATA(A/G)处结合DNA (Martin和Orkin，1990 ；Omichinski等，2003)。动物的GATA在第二和第三个半胱氨酸之间一般包含17个残基，而在真菌中这一数目可以是17-18 (很少是19或20)。植物在第二和第三个半胱氨酸之间具有18或20个残基。
[0029]在人类中，最初的GATAl被鉴定为促进球蛋白基因表达所需的转录因子(Pevny等，1991)。第一种植物GATA(NTLl)作为粗糙链孢霉(Neurospora crassa)转录因子NIT2(在氮限制条件中激活氮代谢酶基因表达的蛋白质)的植物同源物分离自烟草。NTLl在第二和第三个半胱氨酸之间包含18个间隔(CX2CX18CX2C) (Daniel-Vedele和Caboche，1997)。拟南芥和稻(Oryza sativa)基因组中分别存在29和28个编码假定的GATA转录因子(CX2CX18sa2ciCX2C)的基因座(Reyes等，2004):拟南芥仅具有带一个GATA结构域的蛋白质，而稻具有两种包含两个GATA结构域的蛋白质和一种包含三个GATA结构域的蛋白质。稻转录因子数据库(DRTF，Gao 等，Bioinformatics2006，22，1286-1287)提出籼稻(Indica)中有28种GATA，粳稻(Japonica)中有23种GATA。稻和拟南芥中的转录因子GATA家族可以划分为7个亚家族,这些亚家族中的一些在两个物种中均存在,而其他亚家族是两个物种之一独有的。
[0030]GATA-样蛋白质(HAN)在强组成型35S启动子控制下的异位表达严重地影响植物的生存力和发育(Zhao等，Plant Celll6，2586-2600，2004)。转化的植物矮小，具有异常形成的叶和较小且畸形的花序。US2007/0250956公开OsGATAII及其对提高种子产量的用途。
[0031]植物中的转录调节是许多生物学过程的基础，如对环境的适应和代谢和生理平衡的调节。因此，改变植物中的基因转录可导致植物生长和发育的显著改变。这种特性可用来改良作物植物的性能。存在数百种控制基因表达的基因，其中只有少数已显示在调节其在植物中的表达时对农业的目的性状具有有益作用(Vinocur和Altman，2005，CurrentOpinion in Biotechnologyl6, 123-132 ；Gutterson 和 Reuber2004.Current Opinion inPlant Biology, 7,465-471)。为增强产量性状调苄基因表达的可用性将有助于改良作物性能，并最终有利于基于农业的产业。
[0032]在真核生物中，基因表达与导致启动子变得更易于接近RNA聚合酶II和转录装置的其他成分的染色质修饰相偶联。两类主要的蛋白质复合物影响染色质动力学。一类包含ATP依赖的染色质重建器(SWI/SNF相关复合物)，第二类包含修饰组蛋白蛋白质的复合物。一种这类组蛋白修饰由组蛋白乙酰转移酶(HAT)介导，可通过存在于核心组蛋白N端中的特定赖氨酸残基乙酰化(Narlikar等，2002Celll08，475-487)。作为转录辅激活物起作用的原型组蛋白乙酰转移酶之一称为Gcn5。在酵母中，Gcn5形成已知包含如ADA、SAGA、SALSA和SLIK的衔接头蛋白质的不同蛋白质复合物[18-20]。已在包括植物的高等真核生物中鉴定了同源复合物。在拟南芥中，已描述了两种编码ADA2蛋白质的旁系同源基因(Stockinger 等，2001Nucleic acid research29,1524-1533)。
[0033]通用转录因子募集RNA聚合酶II至启动子的TATA框，而转录激活因子结合至称为上游激活位点(UAS)的特定DNA序列。通用转录因子可直接或通过衔接头蛋白质与转录激活因子相互作用。虽然也已经描述了通过DNA结合结构域的相互作用，但衔接头蛋白质一般通过激活结构域与转录激活因子相互作用(Mao等,2006.Biochimica et BiophysicaActal75969_79)。
[0034]在拟南芥中，据报道ADA2蛋白质增强GCN5在体外乙酰化组蛋白的能力和调节GCN5的底物特异性。此外，GCN5可在植物同源物独有而真菌和动物同源物缺乏的基序处乙酰化ADA2蛋白质(Mao等，2006)。已发现ADA2b和GCN5中的T-DNA插入突变对植物的生长和发育具有多效性，包含矮小的尺寸、异常的根发育和花内短的花瓣和雄蕊(Vlachonasios等，2003The Plant Cell，15卷，626-638)。还已经公开了来自其他植物物种的编码转录衔接头蛋白质的基因(W00003026)。
[0035]许多不同细胞过程的调节需要蛋白质相互作用结构域进行多肽彼此间结合，和与磷脂、小分子或核酸结合的用途。一种这类蛋白质相互作用结构域称为WD重复(参见综述Smith等，(1999)TIBS24:181-185)。包含WD重复的蛋白质大量存在于大部分生物中，例如，人类(H.sapiens)中超过300种、秀丽隐杆线虫(C.elegans)中超过140种、拟南芥中超过390种和酿酒酵母中超过90种。虽然通过WD重复(一条多肽中4-16个拷贝之间)的存在而在结构上相关，但这些蛋白质具有极多样的功能。
[0036]通过Gly-His (GH) 二肽N端距Trp-Asp (WD) 二肽(位于基序的C端)10-20个残基，长度一般为大约40 (但至多60)个残基(因此称为“WD40”)，在一级结构上粗略地定义WD重复。但是，GH 二肽和WD 二肽都不是绝对保守。GH和WD之间是保守的核心序列，其可以用可从例如在英国的European Bioinformatics Institute (EBI)所拥有的InterPro获得的算法鉴定。InterPix)是蛋白质家族、结构域和功能位点的数据库，其中可将见于已知蛋白质的可鉴定特征应用于未知蛋白质序列。[0037]据预测，WD40蛋白质形成β螺旋桨-样结构(环状重复结构)，其包含三个潜在的相互作用表面:顶部、底部和环状面。这种扩展的表面积允许WD40蛋白质可逆地与数个蛋白质形成复合物，从而协调涉及数组蛋白质的相继和/或同时相互作用。
[0038]涉及WD40蛋白质的非常重要的蛋白质复合物中有一类多蛋白质泛素Ε3连接酶，Cullin4(CUL4)和损伤DNA结合蛋白质I (DDBl)是其核心蛋白质(Higa等，(2007)Cell Division2:5 ;Angers 等，(2006)Nature443 =59O-593 ;Higa 等，(2006)Nature CellBiol8(ll):1277-1283 ;He 等，(2006) Genes&Development20:2949-2954)。这种复合物为底物募集机制锚定WD40蛋白质作为分子衔接头，底物随后被泛素化和破坏。这些WD蛋白质形成称为DCAF (DDB1-CUL4A结合因子)的亚类，它们在两个连续的WD40重复末端包含两个保守的DxR基序(He等(2006)见上)。
[0039]一种此类WD40蛋白质WDR23(I2重复23 ;也称为DCAF11)与见于植物的WD40蛋白质具有显著的一级序列同一'I"生。最先在紫草(Lithospermum erythrorhizon)中将这种WD40蛋白质鉴定为克隆14B(LEC14B ；NCBI检索号D83074)。
[0040]在专利申请W02002/016655中，SEQ ID NO:2577涉及编码WDR23-样多肽的拟南芥核酸序列，描述了用SEQ ID NO=1-SEQ ID NO:5379中的任意一个或多个来鉴定植物细胞已暴露过的胁迫条件的方法。在美国专利申请US2004/034888中，SEQ ID N0:13，294涉及编码WDR23-样多肽的拟南芥核酸序列，描述了用SEQ ID NO =1-SEQ ID NO:36,564中的任意一个或多个来产生具有改良特性的植物的方法。
[0041]令人惊奇地，现已发现调节编码PRP38多肽的核酸的表达使植物具有增强的(或改良的)产量相关性状，尤其是相对于对照植物的提高的产量，也在除由盐、干旱、寒冷或冰冻引起的渗透胁迫的条件中。
[0042]还令人惊奇地，现已发现调节(优选提高)编码GATA-样多肽的核酸的表达使植物相对于对照植物具有显著提高的千粒重(TKW)，而如种子数(饱满种子或总种子数)的其他种子产量参数未显著提高。
[0043]此外，令人惊奇地，现已发现调节编码ADA2多肽的核酸的表达使植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状，尤其是提高的产量。
[0044]还令 人惊奇地，现已发现提高编码如本文定义的WDR23-样多肽的核酸序列的表达使植物相对于对照植物具有提高的产量相关性状。
[0045]此外，令人惊奇地，现已发现调节编码PATL多肽的核酸的表达使植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状，尤其是提高的产量。
[0046]根据本发明的一个实施方案，提供了相对于对照植物在植物中改良(或增强)产量相关性状的方法，其包括调节编码PATL多肽、或PRP38、或ADA2多肽的核酸在植物中的表达。
[0047]根据另一个实施方案，提供了相对于对照植物提高千粒重(TKW)的方法，其包括调节(优选提高)编码GATA-样多肽的核酸在植物中的表达。
[0048]根据另一个实施方案，提供了相对于对照植物在植物中增强产量相关性状的方法，其包括提高编码如本文定义的WDR23-样多肽的核酸序列在植物中的表达。提高的产量相关性状包含以下一种或多种:提闻的每株植物的种子总广量、提闻的种子饱满率、提闻的饱满种子数、提高的收获指数或提高的千粒重。
[0049]定义
[0050]多肽/蛋白质
[0051]术语“多肽”和“蛋白质”在本文中可相互交换地使用并且指由肽键连接起来的任意长度聚合物形式的氨基酸。
[0052]多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列
[0053]术语“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在本文中可相互交换地使用并且指任意长度的聚合非分支形式的核苷酸，即核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或这二者的组合。
[0054]对照植物
[0055]选择合适的对照植物是实验设计的例行部分并且可以包括相应的野生型植物或无目的基因的相应植物。对照植物一般是相同的植物物种或甚至是与待评估植物相同的品种。对照植物也可以是待评估植物的失效合子。失效合子是因分离而丢失转基因的个体。如本文中所用的“对照植物”不仅指完整植物，也指植物部分，包括种子和种子部分。
[0056]同源物
[0057]蛋白质的“同源物”包括这样的肽、寡肽、多肽、蛋白质和酶，它们相对于非修饰的所讨论蛋白质具有氨基酸取代、缺失和/或插入并且与衍生它们的非修饰蛋白质具有相似的生物学活性和功能活性。
[0058]缺失指从蛋白质中移除一个或多个氨基酸。
[0059]插入指一个或多个氨基酸残基被导入蛋白质中的预定位点。插入可以包含氨基端融合和/或羧基端融合以及序列内插入单个或多个氨基酸。通常，在氨基酸序列内部的插入物比氨基端融合物或羧基端融合物小约I至10个残基级别。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的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、| 1.......\(:广-表位、lacZ、CMP( |丐调蛋白结合
肽)、HA表位、蛋白C表位和VSV表位。
[0060]取代指以具有相似特性(如相似的疏水性、亲水性、抗原性、形成或破坏α -螺旋结构或折叠结构的倾向性)的其他氨基酸替代蛋白质的氨基酸。氨基酸取代一般是单个残基的，但是根据给予多肽的功能性约束条件，可以是簇集的；插入通常是约I至10个氨基酸残基级别。氨基酸取代优选地是保守性氨基酸取代。保守性取代表是本领域熟知的(见例如 Creighton (1984) Proteins, ff.H.Freeman 和 Company (编)和下表 I)。
[0061]表1:保守性氨基酸取代的例子
[0062]
【权利要求】
1.用于相对于对照植物而言增强植物中产量相关性状的方法，其包括调节植物中编码选自以下的多肽的核酸的表达， a)GATA样多肽，其中所述GATA样多肽属于GATA转录因子亚家族II，并包含GATA结构域，或
b)PRP38 多肽 和任选地选择具有增强的产量相关性状的植物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的GATA样多肽包含一个或多个以下基序:
(i)基序Ic:C(S/A/T) (D/E/N)CXT(T/S/A) (K/S)TP(L/M)WR(S/G/N)GP(SEQ ID NO:130)，
(ii)基序2c:GPKSLCNACGIRX (R/K) K (SEQ ID NO:131)，
(iii)基序3c: (A/S) (A/ff)X(L/C) (L/N) (M/L/V) (T/L/A) (L/D) (S/R) (SEQ ID NO:132)
3.根据权利要求1或2的方法其中所述受调节的表达通过在植物中引入并表达编码GATA样多肽的核酸实现。
4.根据任一前述权利要求的方法，其中所述的编码GATA样多肽的核酸编码表A中所列的任一种蛋白质或是这种核酸的一部分或是能够与这种核酸杂交的核酸。
5.根据任一前述权利要求的方法，其中所述的核酸序列编码表A中给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
6.根据权利要求1至5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。
7.根据权利要求3至6任一项的方法，其中所述的核酸有效链接至组成型启动子，优选至GOS2启动子，最优选地至来自稻的GOS2启动子。
8.根据任一前述权利要求的方法，其中所述的编码GATA样多肽的核酸是植物来源的，优选地来自双子叶植物，进一步优选地来自禾本科，更优选地来自稻属，最优选地来自稻。
9.由根据任一前述权利要求的方法可获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码GATA样多肽的重组核酸，所述核酸有效连接至植物来源的组成型启动子，优选至GOS2启动子，最优选地至来自稻的GOS2启动子。
10.构建体，其包含: (i)编码如权利要求1或2定义中的GATA样多肽的核酸； (?)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个植物来源的调控序列；和任选地 (iii)转录终止序列。
11.根据权利要求10的构建体，其中所述调控序列之一是组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子。
12.根据权利要求10或11的构建体在用于产生植物的方法中的用途，所述植物相对于对照植物具有提高的产量，包括千粒重、总种子重和饱满种子数中一项或多项。
13.用根据权利要求10或11的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
14.用于产生转基因植物的方法，所述的转基因植物相对于对照植物具有提高的产量、特别是提高的生物量和/或提高的种子产量，该方法包括: (i)在植物中引入并表达编码如权利要求1或2中定义的GATA样多肽且有效连接至植物来源的组成型启动子的核酸；和(?)在促进植物生长和发育的条件下培育植物细胞。
15.转基因植物，其相对于对照植物具有因编码如权利要求1或2中定义的GATA样多肽的核酸的受调节表达引起的提高的千粒重，或所述转基因植物衍生的转基因植物细胞。
16.根据权利要求9、13或15的转基因植物，或从其中衍生的转基因植物细胞，其中所述的植物是作物植物或单子叶植物或禾谷植物，如稻、玉米、小麦、大麦、稷、黑麦、小黑麦、高粱和燕麦。
17.根据权利要求16的植物的可收获部分，其中所述的可收获部分优选地是种子。
18.产物，其衍生自根据权利要求16的植物和/或根据权利要求17的植物的可收获部分。
19.编码GATA样多肽的核酸在植物中相对于对照植物提高千粒重、总种子重和饱满种子数中一项或多项的用 途。
【文档编号】C12N5/10GK103951741SQ201410223928
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2008年11月26日 优先权日:2007年11月26日
【发明者】A·I·桑兹莫林纳罗, C·勒佐, V·弗兰卡德, J·M·穆莱特萨洛尔特, R·S·萨洛姆 申请人:巴斯夫植物科学有限公司