专利名称:具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法具有特别经济利益的性状涉及增加的产量。产量通常定义为作物的可测量的具有经济价值的产出。这可以以数量和/或质量的方式进行定义。产量直接取决于若干因素,例如器官的数量和大小、植物构造(例如,分枝的数量)、种子生产和叶子衰老。根的发育、营养吸收、胁迫耐受性和早期活力也可以是决定产量的重要因素。因此优化上述因素可以促进作物产量的增加。在田间条件下,植物的性能,例如就生长、发育、生物量积累和种子产生而言,取决于植物对许多环境条件、变化和胁迫的耐受性和适应能力。农业生物技术专家使用几个参数量度来指示转基因对作物产量的潜在影响。对于饲料作物如苜蓿、青贮谷物和干草,植物生物量与总产量相关。然而,对于粮食作物,使用其它参数来估计产量,所述参数例如植物大小,其通过植物总干重和鲜重、地上和地下部分干重和鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、叶长、根长、分蘖数和叶数来测量。早期发育阶段时的植物大小通常将与发育后期的植物大小相关。具有更大叶面积的较大植物通常能够比较小的植物吸收更多的光和二氧化碳,因此很可能在同期增重更多。对于植物大小和生长速率,存在着强遗传组分,因此对于许多不同基因型,植物在一种环境条件下的大小很可能与另一种环境条件下的大小有关。由此,可以使用标准环境来近似于田间作物所遭遇到的多样和动态环境。对一种非生物胁迫表现出耐受性的植物常对另一种环境胁迫表现出耐受性。这种交叉耐受的现象还没有在机制水平上得到理解。尽管如此,可以合理地预期,由于表达转基因而对低温例如寒冷(chiling)温度和/或冰冻(freezing)温度表现出增强的耐受性的植物,也可以对干旱和/或盐和/或其它非生物胁迫表现出耐受性。一些在植物中涉及胁迫反应、水分利用和/或生物量的基因已得到了表征。但是至今,成功培育具有提高的产量的转基因作物仍受到限制。因此,需要鉴定这样的基因,所述基因在过量表达或下调时,赋予对各种胁迫增加的耐受性和/或在最优和/或次优生长条件下提高的产量。现已发现,可通过调节POI(目的蛋白)多肽编码核酸在植物中的表达来增加产量和改善植物的多种产量相关性状。发明概述令人惊讶地,现已发现,调节磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1样,PRPP合成酶)编码核酸的表达可以产生相对于对照植物具有增强的产量和改善的产量相关性状,特别是増加的枝条生物量和/或增加的根生物量的植物。根据ー个实施方案,本发明提供用于相对于对照植物改善植物产量相关性状的方法,包括调节磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS1样,PRPP合成酶)的编码核酸在植物中的表达。因此,依照本发明,可以利用本发明鉴定的基因,相对于对照植物以增强产量相关性状,特别是増加的枝条生物量和/或増加的根生物量。増加的产量可以通过转基因植物和它们合适的对照植物的田间试验来确定。或者,可以在模式植物中,于最优的、受控制的 生长条件下确定转基因增加产量的能力。可以通过測量下列表型之任一或任何组合,与对照植物进行比较来确定增加的产量性状植物干燥的可收获部分的产量、植物干燥的地上可收获部分的产量、植物干燥的地下可收获部分的产量、植物可收获部分鲜重的产量、植物地上可收获部分鲜重的产量、植物地下可收获部分鲜重的产量、植物果实(新鮮的和干燥的)的产量、种子(新鮮的和干燥的)的产量、谷粒干重等等。植物増加的内在生产能力可以表现为其种子产量的提高(例如,増加的种子/谷粒大小、増加的穗数、増加的每穗种子数、种子饱满度的改善、种子组成的改善等等)、其固有生长和发育的改变(例如,株高、植物生长速率、荚果数、节间数、开花时间、荚果落粒性、根瘤形成和固氮的效率、碳同化的效率、幼苗活力/早期活力的改善、增强的萌发效率、株型的改善、细胞周期的改变等等)。也可以改善产量相关性状来增加植物对非生物环境胁迫的耐受性。非生物胁迫包括干早、低温、盐度、渗透胁迫、遮光、高植株密度、机械胁迫和氧化胁迫。可以进行监测来确定对非生物环境胁迫增强的耐受性的另外表型包括但不限干萎蔫、叶片褐变、膨压、叶片或针叶的下垂或脱落、叶片或针叶的过早衰老、叶片或针叶中叶绿素的丧失和/或叶片发黄。任何上述产量相关表型均可以在田间试验中在作物中监测,或在受控制的生长条件下在模式植物中监测,以证明转基因植物对非生物环境胁迫具有増加的耐受性。定义多肽/蛋白质术语“多肽”和“蛋白质”在文中可互換使用,是指通过肽键连接起来的、任意长度的氨基酸的聚合物。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”在文中可互換使用,是指任何长度的无支链形式的核苷酸聚合物,所述核苷酸可以为核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或者两者的组合。同源物蛋白质的“同源物”包括肽、寡肽、多肽、蛋白质和酶,其相对于所讨论的未修饰蛋白质具有氨基酸取代、缺失和/或插入,并且与其源自的未修饰蛋白质具有相似的生物活性和功能活性。缺失是指从蛋白质中除去一个或多个氨基酸。插入是指在蛋白质的预定位置引入一个或多个氨基酸残基。插入可以包括N-末端和/或C-末端融合,以及单个或多个氨基酸的序列内插入。一般,氨基酸序列内的插入将小于N-或C-末端的融合,约I到10个残基左右。N-或C-末端融合蛋白或肽的实例包括在酵母双杂交系统中应用的转录激活因子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、蛋白质A、麦芽糖结合蛋白、ニ氢叶酸还原酶、Tag · 100表位、c-myc表位、FL1 AG .表位、IacZ、CMP (I丐调蛋白结合肽)、HA表位、蛋白质C表位和VSV表位。取代是指蛋白质中的氨基酸用具有相似特性(如相似的疏水性、亲水性、抗原性、形成或打破α螺旋结构或β片层结构的倾向)的其它氨基酸替换。氨基酸取代一般是单残基的取代,但是视施加于多肽上的功能性限制而定也可以是成簇取代,并且可以是I到10个氨基酸;插入通常在大约I到10个氨基酸残基的数量级。氨基酸取代优选为保守氨基酸取代。保守取代表在本领域公知(參见例如Creighton (1984)Proteins, ff. H. Freemanand Company (编辑)和下表I)。表I :保守氨基酸取代的实例本发明一般地涉及分子生物学领域,涉及增强植物的多种经济上重要的产量相关性状的方法。更具体地,本发明涉及通过调节编码POI(目的蛋白质)多肽的核酸在植物中的表达来增强产量相关性状的方法。本发明还涉及具有经调节的POI多肽编码核酸表达的植物,所述植物相对于对照植物具有增强的产量相关性状。本发明还提供了可以用于实施本发明方法的新POI编码核酸和包含该核酸的构建体。
具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
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