具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀的植物和用于產(chǎn)生該植物的方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝送ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)編碼ELNINI（包含ELNINI特征序列）多肽的核酸在植物中的表達(dá)而增強(qiáng)產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還提供了具有編碼ELNINI多肽之核酸的表達(dá)受到調(diào)節(jié)的植物，所述植物相對(duì)于對(duì)照植物而言具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明還提供了包含ELNINI編碼核酸的用于實(shí)施本發(fā)明方法的構(gòu)建體。
【專利說(shuō)明】具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀的植物和用于產(chǎn)生該植物的方法
[0001]本發(fā)明一般地涉及分子生物學(xué)領(lǐng)域，并涉及通過(guò)調(diào)節(jié)編碼ELNINI (包含ELNINI特征序列)多肽的核酸在植物中的表達(dá)而增強(qiáng)植物中產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法。本發(fā)明還涉及具有調(diào)節(jié)了編碼ELNINI多肽之核酸的表達(dá)的植物，所述植物相對(duì)于相應(yīng)的野生型植物或者其他對(duì)照植物而言具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀。本發(fā)明還提供可用于本發(fā)明方法的構(gòu)建體。
[0002]持續(xù)增加的世界人口和農(nóng)業(yè)用可耕地供應(yīng)萎縮刺激了有關(guān)增加農(nóng)業(yè)效率的研究。常規(guī)的作物及園藝學(xué)改進(jìn)手段利用選擇性育種技術(shù)來(lái)鑒定具有受歡迎特性的植物。然而，此類選擇育種技術(shù)具有幾個(gè)缺陷，即這些技術(shù)典型地耗費(fèi)很多勞動(dòng)并且產(chǎn)生這樣的植物，其經(jīng)常含有異源性遺傳組分，這可能不總是導(dǎo)致從親代植物中傳遞所希望的性狀。分子生物學(xué)進(jìn)展已經(jīng)允許人類改進(jìn)動(dòng)物及植物的種質(zhì)。植物的遺傳工程使得可以分離和操作遺傳物質(zhì)(典型地處于DNA或RNA形式)并且隨后引入該遺傳物質(zhì)至植物中。此類技術(shù)具有產(chǎn)生具備多種經(jīng)濟(jì)學(xué)、農(nóng)學(xué)或園藝學(xué)改進(jìn)性狀的作物或植物的能力。
[0003]具體的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的性狀是增加的產(chǎn)量。產(chǎn)量通常定義為作物產(chǎn)生的可測(cè)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這可以就數(shù)量和/或品質(zhì)方面進(jìn)行定義。產(chǎn)量直接取決于幾個(gè)因素，例如器官的數(shù)目和大小、植物構(gòu)造(例如枝的數(shù)目)、種子產(chǎn)生、葉衰老等等。根發(fā)育、養(yǎng)分?jǐn)z入量、脅迫耐性和早期萌發(fā)勢(shì)(early vigor)也可以是決定產(chǎn)量的重要因素。因此優(yōu)化上述因素可以有助于增加作物產(chǎn)量。
[0004]種子產(chǎn)量是特別重要的性狀，這是因?yàn)樵S多植物的種子對(duì)于人類和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)而言至關(guān)重要。諸如玉米、稻、小麥、低芥酸油菜(canola)和大豆等作物占人類總卡路里攝取量的一半以上，不論是通過(guò)種子 本身的直接消耗，還是通過(guò)由加工的種子所飼養(yǎng)的肉類產(chǎn)品的消耗。它們也是工業(yè)加工所用的糖類、油類和多類代謝物的來(lái)源。種子含有胚(新的苗和根的來(lái)源)和胚乳(萌發(fā)和幼苗早期生長(zhǎng)過(guò)程中胚生長(zhǎng)的養(yǎng)分來(lái)源)。種子的發(fā)育涉及許多基因，并且需要代謝物自根、葉和莖轉(zhuǎn)移至正在生長(zhǎng)的種子。特別是胚乳，同化糖類、油類和蛋白質(zhì)的代謝前體，將其合成為貯存性高分子，以充盈籽粒。
[0005]對(duì)于眾多作物的另一個(gè)重要性狀是早期萌發(fā)勢(shì)。改善早期萌發(fā)勢(shì)是現(xiàn)代稻育種計(jì)劃在溫帶和熱帶稻栽培品種兩者上的一個(gè)重要目標(biāo)。長(zhǎng)的根在水栽稻中對(duì)于正確土壤固著是重要的。在將稻直接播種至澇田的情況下，以及在植物必須從水中迅速出苗的情況下，較長(zhǎng)的苗與萌發(fā)勢(shì)相關(guān)。在實(shí)施條播(drill-seeding)的情況下,較長(zhǎng)的中胚軸和胚芽鞘對(duì)于良好的出苗是重要的。人工改造植物內(nèi)早期萌發(fā)勢(shì)的能力將在農(nóng)業(yè)中是極其重要的。例如，不良的早期萌發(fā)勢(shì)已經(jīng)限制了基于玉米帶生殖質(zhì)(Corn Belt germplasm)的玉米(Zeamayes L.)雜種在歐洲大西洋地區(qū)的引種。
[0006]另一重要性狀是改進(jìn)的非生物脅迫耐受性。非生物脅迫是世界范圍作物損失的主要原因，對(duì)于大多數(shù)主要作物植物而言降低平均產(chǎn)量超過(guò)50% (Wang等，Planta218, 1-14, 2003)。非生物脅迫可以由干旱、鹽度、極端溫度、化學(xué)毒性和氧化脅迫引起。改進(jìn)植物對(duì)非生物脅迫耐受性的能力將在世界范圍對(duì)農(nóng)民具有極大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)并且會(huì)允許在不利條件期間及在作物栽培否則是不可能的地域上栽培作物。
[0007]因此可通過(guò)優(yōu)化上述因素之一來(lái)增加作物產(chǎn)量。[0008]取決于最終用途，對(duì)某些產(chǎn)量性狀的修飾可能優(yōu)先于其它產(chǎn)量性狀。例如對(duì)于應(yīng)用如飼料或木材生產(chǎn)或生物燃料資源而言，增加植物營(yíng)養(yǎng)體部分可能是期望的，而對(duì)于應(yīng)用如面粉、淀粉或油生產(chǎn)而言，在種子參數(shù)方面的增加可能是特別希望的。即便在種子參數(shù)當(dāng)中，某些參數(shù)可以更優(yōu)先于其它參數(shù)，這取決于應(yīng)用。多種機(jī)制可以對(duì)增加種子產(chǎn)量有貢獻(xiàn)，無(wú)論形式為增加的種子大小或是增加的種子數(shù)目。 [0009]現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)在植物中調(diào)節(jié)編碼ELNINI多肽(包含ELNINI特征序列)的核酸在植物中的表達(dá)而改進(jìn)植物中的多種產(chǎn)量相關(guān)性狀。
[0010]目前已非常令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)編碼如本文中所定義的ELNINI多肽之核酸的表達(dá)產(chǎn)生相對(duì)于對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀，特別是增加的綠色生物量和增加的種子產(chǎn)量的植物。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，提供了相對(duì)于對(duì)照植物改善植物如本文所提供的產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法，所述方法包括在植物中調(diào)節(jié)編碼如本文中所定義的ELNINI多肽之核酸的表達(dá)。
[0012]在本說(shuō)明書中章節(jié)標(biāo)題和題目?jī)H作為方便和參考目的，并不應(yīng)當(dāng)以任何方式影響本說(shuō)明書的含義或解釋。
[0013]定義
[0014]下述定義將被用于本申請(qǐng)文本通篇中。
[0015]多肽/蛋白質(zhì)
[0016]術(shù)語(yǔ)“多肽”和“蛋白質(zhì)”在本文中可互換使用，指通過(guò)肽鍵連接在一起的任意長(zhǎng)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]術(shù)語(yǔ)“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在本文中可互換使用并且指任意長(zhǎng)度的核苷酸的聚合無(wú)分支形式，即核糖核苷酸或脫氧核糖核苷酸或這二者組合。
[0019]同源物
[0020]蛋白質(zhì)的“同源物”包括這樣的肽、寡肽、多肽、蛋白質(zhì)及酶，它們相對(duì)于非修飾的所討論蛋白質(zhì)具有氨基酸替換、缺失和/或插入并且與其所源自的非修飾蛋白質(zhì)具有相似生物學(xué)活性和功能活性。
[0021]缺失指從蛋白質(zhì)中移除一個(gè)或多個(gè)氨基酸。
[0022]插入指一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基在蛋白質(zhì)中預(yù)定位點(diǎn)內(nèi)的引入。插入可以包含氨基端融合和/或羧基端融合以及單個(gè)或多個(gè)氨基酸的序列內(nèi)插入。通常，在氨基酸序列內(nèi)部的插入會(huì)比氨基端融合或羧基端融合小，約1-10個(gè)殘基的級(jí)別。氨基端或羧基端融合蛋白或融合肽的例子包括如酵母雙雜交系統(tǒng)中所用轉(zhuǎn)錄激活物的結(jié)合結(jié)構(gòu)域或激活結(jié)構(gòu)域、噬菌體外殼蛋白、(組氨酸)-6-標(biāo)簽、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶-標(biāo)簽、蛋白A、麥芽糖結(jié)合蛋白、二氫葉酸還原酶、Tag.100表位、c-myc表位、FLAG?1"表位、lacZ、CMP (鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽)、HA表位、蛋白C表位和VSV表位。
[0023]替換指以具有相似特性(如相似疏水性、親水性、抗原性、形成或破壞α -螺旋結(jié)構(gòu)或折疊結(jié)構(gòu)的傾向)的其它氨基酸替換蛋白質(zhì)的氨基酸。氨基酸替換典型地是單個(gè)殘基的，不過(guò)可以是簇集性的，這取決于置于多肽的功能性約束，并且可以在1-10個(gè)氨基酸的范圍內(nèi)；插入通常會(huì)是約1-10個(gè)氨基酸殘基級(jí)別。氨基酸替換優(yōu)選地是保守性氨基酸替換。保守性替換表是本領(lǐng)域眾所周知的(見例如Creighton(1984)Proteins,ff.H.Freeman 和 Company (編著)和下表 I)。
[0024]表1:保守性氨基酸替換的例子
【權(quán)利要求】
1.在植物中用于相對(duì)于對(duì)照植物增強(qiáng)產(chǎn)量相關(guān)性狀的方法，包括在植物中調(diào)節(jié)編碼ELNINI多肽的核酸的表達(dá)，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.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述受調(diào)控的表達(dá)通過(guò)在植物中引入和表達(dá)編碼所述ELNINI多肽的所述核酸而實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀包含相對(duì)于對(duì)照植物增加的產(chǎn)量，并且優(yōu)選包含相對(duì)于對(duì)照植物增加的生物量和/或增加的種子產(chǎn)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀是在非脅迫條件下獲得的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀在干旱脅迫、鹽脅迫或氮缺乏的條件下獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法,其中所述ELNINI多肽包含下述基序的一種或者多種: 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.權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)的方法，其中所述編碼ELNINI的核酸是植物來(lái)源的，優(yōu)選來(lái)自雙子葉植物，還優(yōu)選來(lái)自禾本科(Poaceae),更優(yōu)選來(lái)自稻屬(Oryza),最優(yōu)選來(lái)自稻(Oryza sativa)。
8.權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)的方法，其中所述編碼ELNINI的核酸編碼表A中列出的任意一種所述多肽或者是該核酸的一部分，或者是能與該核酸雜交的核酸。
9.權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)的方法，其中所述核酸序列編碼表A中給出的任一所述多肽的直向同源物或旁系同源物。
10.權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)的方法，其中所述核酸編碼SEQID NO: 2所示的多肽。
11.權(quán)利要求1至10的任一項(xiàng)的方法，其中所述核酸與組成型啟動(dòng)子，優(yōu)選與中等強(qiáng)度的組成型啟動(dòng)子，優(yōu)選與植物啟動(dòng)子，更優(yōu)選與G0S2啟動(dòng)子，最優(yōu)選與來(lái)自稻的G0S2啟動(dòng)子有效連接。
12.通過(guò)權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)的方法獲得的植物、其植物部分，包括種子或植物細(xì)胞，其中所述植物、植物部分或植物細(xì)胞包含如權(quán)利要求1和6-10中任一項(xiàng)所定義的編碼ELNINI多肽的重組核酸。
13.構(gòu)建體，包含: (i)權(quán)利要求1和6-10中任一項(xiàng)所定義的編碼ELNINI多肽的核酸； (?)能驅(qū)動(dòng)(i)的核酸序列表達(dá)的一個(gè)或多個(gè)調(diào)控序列；和任選地 (iii)轉(zhuǎn)錄終止序列。`
14.權(quán)利要求13的構(gòu)建體，其中所述調(diào)控序列之一是組成型啟動(dòng)子，優(yōu)選中等強(qiáng)度的組成型啟動(dòng)子，優(yōu)選植物啟動(dòng)子，更優(yōu)選G0S2啟動(dòng)子，最優(yōu)選來(lái)自稻的G0S2啟動(dòng)子。
15.權(quán)利要求13或14的構(gòu)建體在方法中的用途，所述方法用于產(chǎn)生相對(duì)于對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀，優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的產(chǎn)量，和更優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的種子產(chǎn)量和/或增加的生物量的植物。
16.用權(quán)利要求13或14的構(gòu)建體轉(zhuǎn)化的植物、植物部分或植物細(xì)胞。
17.用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因植物的方法，所述轉(zhuǎn)基因植物相對(duì)于對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀，優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的產(chǎn)量，和更優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的種子產(chǎn)量和/或增加的生物量，所述方法包括: (i)在植物細(xì)胞或植物中引入和表達(dá)權(quán)利要求1和6-10中任一項(xiàng)所定義的編碼ELNINI多肽的核酸；和 (?)在促進(jìn)植物生長(zhǎng)和發(fā)育的條件下培養(yǎng)所述植物細(xì)胞或植物。
18.轉(zhuǎn)基因植物或來(lái)源于所述轉(zhuǎn)基因植物的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞，所述轉(zhuǎn)基因植物相對(duì)于對(duì)照植物具有增強(qiáng)的產(chǎn)量相關(guān)性狀，優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的產(chǎn)量，和更優(yōu)選相對(duì)于對(duì)照植物具有增加的種子產(chǎn)量和/或增加的生物量，所述產(chǎn)量相關(guān)性狀產(chǎn)生自權(quán)利要求1和6-10中任一項(xiàng)所定義的編碼ELNINI多肽的核酸的受調(diào)節(jié)的表達(dá)。
19.權(quán)利要求12、16或18的轉(zhuǎn)基因植物或其來(lái)源的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞，其中所述植物是作物植物，例如甜菜、糖蘿卜或苜蓿；或者單子葉植物如甘蔗；或谷物如稻、玉米、小麥、大麥、粟、黑麥、黑小麥、高粱、野小麥、德國(guó)小麥、一粒系小麥、teff、高粱和燕麥。
20.權(quán)利要求19的植 物的可收獲部分，其中所述可收獲部分優(yōu)選是苗生物量和/或種子。
21.來(lái)源于權(quán)利要求19的植物和/或來(lái)源于權(quán)利要求20的植物的可收獲部分的產(chǎn)品。
22.權(quán)利要求1和6-10中任一項(xiàng)所定義的編碼ELNINI多肽的核酸的用途，用于在植物中相對(duì)于對(duì)照植物增強(qiáng)產(chǎn)量相關(guān)性狀，優(yōu)選在植物中相對(duì)于對(duì)照植物用于增加產(chǎn)量，和更優(yōu)選用于增加種子產(chǎn)量和/或用于增加生物量。
23.用于產(chǎn)生產(chǎn)品的方法，所述方法包括培養(yǎng)權(quán)利要求12、16、19或20的植物，并從所述植物；或其部分，包括種子，產(chǎn)生所述產(chǎn)品或通過(guò)所述植物；或其部分，包括種子，產(chǎn)生所述產(chǎn)品的步驟。
24.包含在植物細(xì)胞中的根據(jù)權(quán)利要求13或14的構(gòu)建體。
【文檔編號(hào)】C12N15/82GK103732055SQ201280039684
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】C·勒佐, S-M·于, S-S·康, Y·辛, T-H·D·侯, S-F·魯 申請(qǐng)人:巴斯夫植物科學(xué)有限公司