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生产抗逆植物或其前体的方法

  • 专利名称
    生产抗逆植物或其前体的方法
  • 发明者
    M·J·威尔金森, C·M·R·洛佩兹, P·特里克尔, P·哈德利
  • 公开日
    2013年5月8日
  • 申请日期
    2011年6月14日
  • 优先权日
    2010年6月14日
  • 申请人
    阿伯里斯特维斯大学
  • 文档编号
    A01H1/04GK103096711SQ201180038602
  • 关键字
  • 权利要求
    1.一种生产抗逆植物或其前体的方法,所述方法包含 (i)使一种或多种亲本植物经历ー种或多种选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件相対湿度、水可利用性、周期性干旱、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰(infestation);和 (ii)从所述一种或多种亲本植物生成后代, 其中所述后代显示对一种或多种逆压条件的耐受性相对于ー种或多种亲本植物増加,所述逆压条件选自与下面有关的不适宜条件相对湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰(infestation)2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述后代是成株植物或其前体3.按权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述后代是种子或营养(vegetative)繁殖体4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在干,所述后代对ー种或多种亲本植物经历的一种或多种逆压条件有耐受性5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在干,所述后代对ー种或多种亲本植物未经历的一种或多种逆压条件有耐受性6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述ー种或多种亲本植物经历选自低相对湿度、周期性干旱和葡萄孢菌属(Botrytis)感染(如灰葡萄孢菌(Botrytiscynerea))的一种或多种逆压条件,和/或其中所述后代对选自低相対湿度、周期性干旱和葡萄孢菌属(Botrytis)感染(如 灰葡萄孢菌(Botrytis cynerea))的一种或多种逆压条件显示增加的耐受性7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述ー种或多种亲本植物选自高等植物、开花植物和双子叶植物8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述ー种或多种亲本植物是作物9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述ー种或多种亲本植物属于真双子叶植物,优选其中所述ー种或多种亲本植物是十字花科(Brassicacea)或锦葵科(Malvaceae)家族的成员,优选其中所述ー种或多种亲本植物选自拟南芥属(Arabidopsis)植物和梧桐科(Theobroma)植物,例如选自拟南芥(Arabidopsis thaliana)和可可树I meobroma cacao)10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述后代在选定收获时间显示相对于ー种或多种亲本植物増加的生物质生产、开花数目、种子数目和/或种子重量11.一种如前述权利要求中任一项所述方法生产的植物或其前体12.一种鉴定由权利要求1-10中任一项所述方法生产的植物或其前体的试验,其中所述试验包含分析怀疑由所述方法生产的植物或其前体中ー个或多个基因组甲基化位点的出现或缺失,其中在所述ー个或多个位点甲基化的出现或缺失指示由所述方法生成的植物或其前体13.按权利要求12所述的试验,其特征在于,所述在SPEECHLESS或FAMA基因或者其中之一的功能同源物上或约1Okb内出现基因组甲基化指示为耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物或其前体14.一种鉴定植物或其前体的试验,所述植物或其前体对选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件耐受相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰,其中所述试验包含分析植物或其前体中ー个或多个基因组甲基化位点的出现或缺失,其中在所述ー个或多个位点甲基化的出现或缺失指示对所述ー种或多种逆压条件耐受的植物或其前体15.按权利 要求14所述的试验,其特征在于,所述在SPEECHLESS或FAMA基因或者其中之一的功能同源物上或IOkb内出现基因组甲基化指示为耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物或其前体
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  • 说明书
  • 法律状态
专利名称:生产抗逆植物或其前体的方法生产抗逆植物或其前体的方法本申请涉及増加植物和/或其后代耐受ー种或多种逆压(Stress)的方法,特别涉及生成抗逆植物和其种子/繁殖体。非常需要提供耐受通常不适宜环境条件植物的能力。例如,萌发芽形成显示对干旱或其他水应激耐受性有比高于其亲本増加的耐受性的农作物的种子特别有用。另外,需要生产耐受的种子/繁殖体,以用于产率目当前受有限的水可利用性所限制的产率的气候条件。
根据本发明的一方面,提供了生产抗逆植物或其前体的方法,所述方法包含:(i)使一种或多种亲本植物经历ー种或多种选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件:相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰(infestation);和(ii)从所述一种或多种亲本植物生成后代,其中所述后代显示了对ー种或多种逆压条件的耐受性相对于ー种或多种亲本植物増加,所述逆压条件选自与下面有关的不适宜条件:相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰(infestation)。 优选地,所述后代是成年植物或其前体如种子或营养(vegetative)繁殖体。显然,发现了通过使亲本植物经历ー种或多种逆压条件,从所述亲本植物生成的所述种子或营养(vegetative)后代能显示对相同的一种或多种逆压条件耐受性増加。显然,也发现了所述后代可以对与一种或多种亲本植物所经历条件不同的ー种或多种逆压条件耐受。然而,例如,暴露于略微降低的相対湿度逆压的拟南芥(Arabidopsis)属植物显示了对周期性干旱逆压増加的耐受性(见下面实施例2)。因此,在一个实施方式中,优选所述后代对ー种或多种亲本植物未经历的一种或多种逆压条件有耐受性。应理解所述术语“不适宜”是相对于所研究的植物而言,并且是相对术语。例如,就通常在培养基或高水平湿度下旺盛的植物而言,低相対湿度可以看作“不适宜”并且因此作为逆压条件。例如,粮食作物背景中,任何造成产率、可收获产率或可維持收获下降的条件可以视为“不适宜”。优选地,所述ー种或多种逆压条件选自低相対湿度、周期性干旱和葡萄孢菌属(Botrytis)感染(如灰葡萄孢菌(Botrytis cynerea))。优选地,使所述ー种或多种亲本植物经历半控制或更优选控制条件下的一种或多种逆压条件。优选地,所述ー种或多种亲本植物选自高等植物、开花植物和双子叶植物。优选地,所述ー种或多种亲本植物是作物。优选地,所述ー种或多种亲本植物属于真双子叶植物(Eudicotyledon)。优选地,所述ー种或多种亲本植物是十字花科(Brassicacea)或锦葵科(Malvaceae)的成员。优选地,所述ー种或多种亲本植物选自拟南芥属植物和梧桐科(Theobroma)植物,例如选自拟南 (Arabidopsis thalianaジ矛ロ胃ロ丁ネヌす(Theobroma cacaoジ。优选地,所述ー种或多种亲本植物是开花植物(木兰门(Magnoliophyta)),和一种或多种逆压条件可能影响可收获的产率;例如,包含与水可利用性(低相対湿度或周期性干早)、毒性化学物质(如盐)、外源性化学物质或暴露于病原体(如葡萄孢菌属(Botrytis))或害虫相关的逆压。优选地,本发明的方法用于在ー种或多种亲本植物经历和/或没有经历的ー种或多种逆压条件下,生产能产生更高产率的植物。例如,优选通过本发明方法生产的植物在选定收获时间显示増加的生物质生产、开花数目、种子数目、种子重量。如上所述,本发明的方法能用于生产抗逆植物的前体,如种子或营养(vegetative)繁埴体。例如,本发明的一方面提供了包含下面的方法:(i)使一种或多种亲本植物经历ー种或多种选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件:相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰(infestation);(ii)从所述一种或多种亲本植物中生成后代前体,其中所述前体能发育成植物,所述植物显示对选自与下面有关的不适宜条件的一种或多种逆压条件耐受性相对于ー种或多种亲本植物増加:相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害 虫侵扰(infestation),和/或能在所述逆压条件下生成相对于ー种或多种亲本植物更高的产率。优选地,所述前体是种子或营养(vegetative)繁埴体如扦插(cutting)。例如,所述前体可以是拟南芥种子,所述种子能生长成耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物。在其他示例中,所述前体是可可(可可树(Theobroma cacao L.))的扦插或体细胞胚,所述插枝或体细胞胚能生长成耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物。其他示例包含能生长成对葡萄孢属耐受性增加的植物的拟南芥种子。优选地,本发明的方法包含杂交(即异花受粉)两个亲本植物或自花受粉一个亲本植物。在其他示例中,从已经暴露于ー种或多种逆压条件的亲本植物产生营养繁殖体。优选地,本发明方法包含从单个亲本基因型生成种子后代,例如通过自花受粉或异花受粉经处理亲本植物之一与第二 (未处理)亲本植物。应理解使亲本植物经历ー种或多种逆压条件,包含使全部或部分的所述植物经历一种或多种逆压条件。例如,全部所述植物都可以暴露于低相対湿度的情况中。在单叶或其部分可以暴露干葡萄孢属感染的情况中。根据本发明的另一方面,提供了由本文所述方法生成的植物或其前体。如此,本发明提供了对ー种或多种逆压条件耐受的植物或其前体。本发明的另一方面涉及鉴定由本文所述方法生产的植物或其前体的试验,所述试验包含分析怀疑由所述方法生产的植物或其前体中ー个或多个基因组甲基化位点的出现或缺失,其中在所述ー个或多个位点甲基化的出现或缺失指示由所述方法生产的植物或其前体。优选地,所述方法用于生产耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物(例如拟南芥植物)或其种子,并且在SPEECHLESS或FAMA基因或者其中之一的功能同源物上或约10kb、优选约5kb、优选约2kb内出现甲基化状态指示由本文所述方法生成的植物或种子的获得性逆压耐受性。本发明的另一方面提供了鉴定植物或其前体的试验,所述植物或其前体耐受选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件:相対湿度、水可利用性、周期性干早、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰,其中所述试验包含分析植物或其前体中ー个或多个基因组DNA甲基化位点的出现或缺失,其中在所述ー个或多个位点甲基化的出现或缺失指示对所述一种或多种逆压条件耐受的植物或其前体。优选地,在SPEECHLESS或FAMA基因或者其中之一的功能同源物上或约10kb、优选约5kb、优选约2kb内出现基因组甲基化指示耐受低相対湿度和/或周期性干旱的植物或其前体。可见根据本发明,提供了通过将ー种或多种亲本先前(受精/受精卵形成前)暴露于ー种或多种相同逆压或不同逆压(此后也称为条件逆压)来改变植物后代应激反应的方法。如本文详述,在一些实施方式中,后代对应激反应的改变涉及所述亲本经历的不同逆压类型。即,暴露于条件逆压引起后代对另ー种逆压的反应改变。优选地,所述后代是亲本植物的克隆繁殖体。从另一方面来说,优选在暴露于条件逆压的亲本植物的克隆繁殖体中诱导应激反应的改变。应理解生产任ー或两个亲本已经暴露于ー种或多种条件逆压的作物种子以提高所述种子衍生植物的逆压耐受性。还应理解根据本发明的方法,已经暴露于ー种或多种条件逆压的植物能用于生产对ー种或多种条件逆压耐受性有改变的,优选提高的营养繁殖体如扦插、微繁殖、愈合组织介导的不定芽(callus-mediated adentitious shooting)或体细胞胚胎发生。本发明的特别优选示例包含下面这些。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对水逆压(示例包括但不限于低相対湿度逆压和周期性干旱)的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相対湿度逆压的植物种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对低相対湿度逆压的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相対湿度逆压的植物种子。优选地,为了提高所述种子衍生植物对水逆压(示例包括但不限于低相対湿度逆压和周期性干旱)的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相対湿度逆压的真双子叶(Eudicotyledonous)植物种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对低相対湿度逆压(示例包括但不限于低相対湿度逆压和周期性干旱)的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相对湿度逆压的真双子叶植物种子。 优选地,为了提高所述种子衍生植物对水逆压(示例包括但不限于低相対湿度逆压和周期性干旱)的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相対湿度逆压的十字花科或锦葵科植物种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对低相対湿度逆压的耐受性,生产任ー或两个亲本已经暴露于低相対湿度逆压的十字花科或锦葵科植物的种子。优选地,已经暴露于低相対湿度逆压的植物用于生产对水逆压(示例包括但不限于低相対湿度逆压和周期性干早)耐受性改变(优选提高)的营养繁殖体。优选地,已经暴露于低相対湿度逆压的植物用于生产对低相対湿度逆压耐受性改变(优选提高)的营养繁殖体。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对相同生物逆压的耐受性,生产任一或两个亲本已经暴露于生物逆压(示例包括但不限于暴露于致病性真菌)的植物的种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对相同生物逆压的耐受性,生产任一或两个亲本已经暴露于生物逆压(示例包括但不限于暴露于致病性真菌)的真双子叶植物的种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对相同生物逆压的耐受性,生产任一或两个亲本已经暴露于生物逆压(示例包括但不限于暴露于致病性真菌)的十字花科或锦葵科植物的种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对葡萄孢属真菌感染的抗性,生产任ー或两个亲本已经暴露干葡萄孢属真菌的`植物的种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对葡萄孢属真菌感染的抗性,生产任ー或两个亲本已经暴露干葡萄孢属真菌的真双子叶植物的种子。优选地,为了改变(优选提高)所述种子衍生植物对葡萄孢属真菌感染的抗性,生产任ー或两个亲本已经暴露干葡萄孢属真菌的十字花科或锦葵科植物的种子。优选地,其亲本已经暴露于条件逆压(如上所鉴定)的植物(优选作物)的改变逆压反应造成在任何选定收获时间下改变(优选提高)的生物质生产、开花数目、种子数目、种子重量。优选地,根据本文所述方法生产对水逆压耐受性改变的植物,根据DNA甲基化状态的变化来检测(使用标准技术测量,所述技术包括但不限于亚硫酸氢盐处理随后桑格(Sanger)或NextGen测序、高分辨率熔解曲线分析或甲基捕获和pPCR),所述DNA编码SPEECHLESS和/或FAMA基因(或其功能同源物)和/或紧密侧接所述基因的DNA序列,其中侧翼序列是距离起始或终止密码子的优选<10kb,更优选<3kb和最优选〈1.5kb。现在根据附图来描述本发明的示例性实施方式,其中:

图1显示了低相対湿度处理*亲本的差异气孔指数(SI)与SPCH和FAMA基因的表达正相关,并且与SPCH的DNA甲基化逆相关。在低相対湿度(LRH)诱导野生型(WT)S1:然而在LRH中生长的经LRH处理亲本后代中,SI增加(AN0VA:处理P=0.001,亲本P=〈0.001,相互作用P=〈0.001)。在甲基转移酶突变体metl和drml/2中消除了这个影响。所示数据是ー个实验的平均值(土 s.e.m.),其中n=48。在LRH的亲本而不是后代中也诱导SPCH和FAMA气孔通路基因的表达;metl、drml/2或siRNA突变体rdr6中LRH未显著减少SPCH或FAMA的表达。所示数据是LRH中每个靶标相对于其自身対照的三个重复试验(x轴的0线),以[mRNA]计的平均百分比増加。亚硫酸氢盐转换后的样品序列显示了在SPCH(a-共有第一代)和FAMA (d -共有第一代)中有LRH的从头胞嘧啶甲基化,这在metl或drml/2突变体(b和e)中没有复制。这个甲基化在SPCH中可遗传,但是在LRH中生长的LRH生长亲本的后代中丧失(a -共有第二代)。就三代显示了 SPCH基因座(TAIR v.9.0)中有LRH逆压的差异甲基化模式。Gl植物(第一暴露)植物在LRH逆压下于所有背景中被从头甲基化(4.25kb中其他78位点)。这些植物的后代(G2)遗传了大多数甲基化(LRH-对照),但是当回到LRH逆压(LRH-LRH)时,基本被去甲基化。在下一代中(G3,LRH-对照-対照)有包含上游调节区和转录起始位点在内的遗传甲基化丧失,但是这个区域在第二次暴露于逆压中被遗传性重新甲基化(LRH-LRH-对照)。在
图1E中,阴影区(虚线表示)指示染色体5的21584.3k-21589.3k上甲基捕获+qPCR的甲基化区域,和条指示由亚硫酸氢盐转换后454测序的甲基化碱基对(緑色=CG、蓝色=CHG、粉色=CHH背景)。黒色水平线显示了成功的454测序和方法的程度。加框区域指示亚硫酸氢盐转换后通过亚克隆和测序在碱基对分离中测试的区域,并且其中代表性的序列示于a-c ;图2显示了后代的(A)大小(收获时干重(g))和⑶产率(生产的种子数目)也受到逆压的亲本经历的影响。暴露于LRH逆压的亲本的后代显示了在LRH处理和对照条件下增加的大小和产率(AN0VA:处理P=〈0.001,亲本?=〈0.001,相互作用P=0.39)。这个效果是四个重复实验中来自所有暴露亲本(每个实验中n=3)的系(每个重复实验中n=48)中所有经测试后代植物的特性;图3A和3B显示了在LRH处理*亲本实验中siRNA的浓度。24nt siRNA的总浓度在第一次暴露于LRH时增加,而在LRH处理亲本的后代于LRH逆压下生长时下降。SPCH上游(基因组中)转座因子的siRNA诱导与基因表达逆相关,并与SPCH的甲基化正相关;图4显示了 4天干旱后用低相対湿度的预处理对叶绿素含量的影响。暴露于LRH逆压的亲本后代显示了在LRH处理和经历周期性干旱时,叶绿素含量増加;图5显示了 4天干旱后用低相対湿度的预处理对植物干重的影响。暴露于LRH逆压的亲本后代显示了在LRH处理和经历周期性干旱时,最終干重増加;图6显示了前代的 非致死接种增加对灰葡萄孢菌(Botrytis cynerea)抗性。用灰葡萄孢菌处理2代植物。图片显示了与拟南芥兰兹贝格生态型(Langsberg erecta)中接种3天后真菌感染有关的病变。非接种植物的后代(A)、接种植物的后代⑶箭头指出接种的叶子。非接种植物的后代(C)、接种植物的后代(D)的接种叶子的细节;图7显示了用限制性酶MspI分析由灰葡萄孢菌感染诱导的全部甲基化改变。使用酶组合MspI/EcoRI(对CpHpG基序甲基化敏感)限制来自五个不同拟南芥基因型(野生型-Laer,和甲基化突变体:drml/2、chrl、cmt3_7和kyp2)接种(扁菱形)和无病原体(圆圈)(各24个样品)的DNA。处理之间没有发现显著区別。误差条显示计算的标准差;和图8显示了用限制性酶MspI分析由灰葡萄孢菌感染诱导的全部甲基化改变。使用酶组合Hpall/EcoRI (对CpHpG和CpG基序的甲基化敏感)限制来自五个不同拟南芥基因型(野生型-Laer,和甲基化突变体:drml/2、chrl、cmt3_7和kyp2)接种(扁菱形)和无病原体(圆圈)(各24个样品)的DNA。在基因型野生型-Laer和kyp2处理之间没有发现显著的区別。基因型cmt3-7显示了葡萄孢属感染和那些非感染的样品之间一定程度的分离(不显著)。基因型drml/2和chrl显示了由葡萄孢属感染诱导的显著的全DNA甲基化。误差条显示了计算的标准差。发明详述本发明涉及生产对ー种或多种逆压条件耐受的植物或其前体的方法。特别地,本发明涉及生产种子和/或营养繁殖体的方法,所述种子和/或营养繁殖体置于ー种或多种次佳的生长条件(逆压)下时存活、生长和/或生产收获产品的能力提高,在“亲本”植物和未处理谱系中造成生长、存活、生物质、种子生产和/或收获产率(对作物)的显著下降。下面列出本发明使用的方法和本发明的详细示例。在本说明书中,以能清晰和准确说明的书面方式描述了实施方式,但是意指并且应理解,实施方式可以多种组合或分开而不偏离本发明。本说明书中,术语“包含”和“包括”解释为指“包含…等”。这些术语不意在解释为“仅由…构成”。本说明书中,术语“约”指加上或减去20%,更优选加上或减去10%,甚至更优选加上或减去5%,最优选加上或减去2%。本说明书中,术语“同源物”可以指从共同祖先DNA序列遗传的,与第二基因相关的基因。所述术语可以指与另一物种的基因在结构和进化起源上相似的基因。本说明书中,术语“繁殖体”指能用于植物繁殖目的的任何植物材料。在无性生殖中,繁殖体可以是木质、半硬木或软木插枝、叶部分或任何数目的其他植物部分。在有性生殖中,繁殖体是种子或孢子。在一种无性生殖类型微繁殖中,可以使用植物的任何部分,尽管通常是高分生组织部分,例如根和茎的末端或芽。

本说明书中,术语“营养(vegetative)繁殖体”所指后代是通过生物种子以外的植物材料衍生的单个亲本植物的克隆(即遗传上相同)后代。这与种子相反,种子通常是有性生殖的結果,即两个或更多个亲本植物的后代。本说明书中,术语“耐受”指后代/营养繁殖体显示相比亲本植物对ー种或多种逆压耐受性増加。优选这种增加是统计学显著。实施例1:拟南芥后代中对低湿度逆压的遗传反应发现了暴露于ー种水逆压形式(低相対湿度LRH)的拟南芥植物,通过降低叶子中的气孔(孔)数目而短期响应,从而不丧失过量的水并且存活。所得的植物小,但确实存活以得到ー些种子。然而,特别显著地,收集自这些植物的种子在置于相同条件下时表现更好。所述植物也更大,并且生成的种子多许多。所用植物是近交的,从而就所有意图和目的而言后代与亲本遗传上相同。因此,显著显示了对所述亲本植物施加逆压使下一代中的所述后代预先适应了相同逆压。其他逆压中观察到相似的现象(如冷和热逆压(Whittle等,2009)ヽUV-C光(Molinier等,2006)和病原体如细菌(Molinier等,2006)。本文所述的发明特定应用于作物中生成市售种子。另外,用于在合适逆压条件下生产市售种子批的亲本克隆/群的生长应该预先设定(pre-progra_e)种子的表观遗传概况以增加发芽时对相同逆压的适应能力。重要地是,所述效果没有持续很多代,并且快速消退。因此,本发明提供了不改变遗传密码而提高植物生产的方法。叶表面的气孔ロ的密度和操作(开启)都受环境信号的強烈影响;它们一起控制短(分钟-小吋)和长(季节-終生)时间尺度中叶对水蒸气(g)的气孔传导度(conductance)o这种塑性使植物平衡就光合作用捕获大气ニ氧化碳(CO2)与尽可能减少通过蒸腾作用的水损失的冲突需求,水分利用效率(mie)在植物生命期中与叶气孔密度逆相关。近期对遗传调节气孔发育的理解有进展。控制气孔保卫细胞发育的通路涉及原表皮表皮细胞形成气孔的“默认”命运,但是一系列模式基因的表达妨碍了进入气孔谱系(和因此的保卫细胞形成),并且因此设定气孔密度。正调节物决定进入气孔谱系和形成气孔保卫细胞的不对称分裂。使植物响应其接受的环境信号而就水分保持和碳固定维持塑性的机理尚不明了。研究了以下可能性:对植物生命早期所经历环境逆压的塑性反应会提供发育晚期或甚至在种子生成中就相似逆压预期的适应性调节。分析了气孔通路对不同环境湿度水平的反应。在恒定的低相対湿度(LRH; 45%±5)或实验控制(65%±5)湿度下,拟南芥生态型兰兹贝格(Landsberg erecta)和哥伦比亚(Columbia)从种子生长到种子收获。气孔频率(作为表皮细胞百分比的气孔指数(SI))受LRH逆压的影响(
图1)。兰兹贝格生态型中,其在每个重复的实验中減少,毎次有很大影响(科恩d检验>0.80),而mie増加。然而在经LRH处理亲本的等基因后代中,当后代暴露于相同LRH逆压(LRH-LRH)吋,SI不再下降(
图1)。Wue不再与SI相关,而是增加。同样地,在第一暴露世代而不是LRH-LRH植物中,LRH逆压降低了(作为參数生物质和种子数目測量)适应性(图2)。当发育中受逆压植物回到对照RH (LRH—对照)时,SI仍然降低(25%降低,P=0.028),和当受逆压植物与对照植物杂交(LRH X对照)时,SI在LRH逆压(LRH x对照-LRH)下相比于对照植物杂交(对照X对照-LRH)增加(40%增加,P=<0.01)。所有样品植物受到的影响相似。·研究气孔通路基因的基因座DNA甲基化以观察是否受到环境的不同影响。在11气孔模式和形成基因中,就LRH下相比于对照环境,筛选DNA甲基化的差异(表I)。在SPEECHLESS (SPCH)和FAMA基因的调节和5’编码区中发现了与RH处理有关的差异甲基化(
图1)。SPCH和FAMA基因是编码推定为转录因子的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)蛋白的旁系同源物(paralogue)。在有MUTE和其ニ聚化伙伴ICEl和SCREAM2的通路中,这些基因的表达调节原表皮细胞进入气孔谱系,并且控制随后的不对称和放大细胞分裂,最終形成气孔保卫细胞。需要SPCH来起始不对称细胞分裂,形成拟分生组织,并且FAMA调节保卫母细胞的最终分裂。在暴露于LRH的叶中,SPCH和FAMA的甲基化明显更多。拟南芥基因组中转录因子基因的5’区甲基化罕见,可能由异常表达引起或造成异常表达。两个基因的表达在LRH条件下被抑制。基因表达在DNA于LRH下甲基化时被抑制(31-58%)(
图1),并且与叶表皮上的气孔数目下降相关。表1.气孔通路中基因的亚硫酸盐特异性PCR的引物设计。还在Col-O生态型上测试 ER、ERLl 和 ERL2。


提供了抗逆植物或其前体的生产方法。所述方法包含(i)使一种或多种亲本植物经历一种或多种选自与下面有关的不适宜条件的逆压条件相对湿度、水可利用性、周期性干旱、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用(herbivory)、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰;和(ii)从所述一种或多种亲本植物生成后代。所述后代显示对一种或多种逆压条件的耐受性相对于一种或多种亲本植物增加,所述逆压条件选自与下面有关的不适宜条件相对湿度、水可利用性、周期性干旱、营养、日光、风、温度、pH、外源性化学物质、化学毒素如盐、食草作用、预防性化学物质、肥料、病原体侵袭如细菌、真菌或病毒感染和害虫侵扰。也提供了由所述方法生产的植物或其前体,和鉴定由所述方法生产的植物或其前体的试验。



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