增加植物产量的方法技术

本发明专利技术描述的是增加植物产量的方法，其中在伴胞特异的启动子控制下表达核苷酸序列。核苷酸序列编码的蛋白的表达导致刺激光同化产物在韧皮部的积累。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
描述本专利技术涉及、用于这些方法的重组核酸分子、它们的应用以及产量增加的植物。在农业和林业领域中，正在进行不断的努力以产生高产量的植物，尤其是为了保证不断增长的世界人口的食物供应和保证可再生的原材料的供应。传统地，通过耗时又耗劳力的育种以获得高产量的植物是令人厌烦的。而且，对于每个相关植物物种必须进行适当的育种程序。通过对植物进行遗传操作即通过将重组核酸分子导入植物并在植物中表达已取得部分进展。这些方法具有通常不局限于一种植物物种而是可转移入其它植物物种的优点。例如，在EP-A 0 511 979中，描述了原核天冬酰胺合成酶在植物细胞中的表达尤其导致生物量产量增加。例如，在WO 96/21737中，描述了通过解除调控或非调控的果糖-1，6-二磷酸酶的表达而产生由于光合作用率增加而增加产量的植物。然而，仍需用于提高植物产量对农业或林业有利的普遍可行的方法。因此，本专利技术的问题是提供增加植物产物的进一步方法。根据本专利技术，通过提供权利要求书中所述的实施方案，这一问题得到解决。因此，本专利技术涉及，其特征在于表达稳定整合入植物基因组的重组DNA分子，重组DNA分子包括(a)允许在伴胞中特异转录的区域；以及与其可操作连接的(b)编码选自下列多肽的核苷酸序列(i)具有切割蔗糖的酶活性的蛋白；(ii)蔗糖转运蛋白；(iii)其活性引起位于植物细胞质膜上的质子梯度的刺激作用的蛋白；和(iv)柠檬酸合酶(E.C.4.1.3.7)。令人吃惊地发现上述蛋白在植物韧皮部中特异表达导致产量显著增加。术语“产量增加”优选地是指生物量产量的增加，尤其是作为植物鲜重测定的时候。这种产量增加优选地是指植物所谓的“库”器官即那些摄取通过光合作用产生的光同化产物的器官的增加。特别优选的是可收获的植物部分如种子、果实、贮藏根、根、块茎、花、芽、枝条、茎干或木材。根据本专利技术，生物量产量的增加是与相同条件下种植的相同基因型的未转化植物相比增加至少为3％、优选至少10％且特别优选至少20％。上述蛋白的共同之处在于当它们在韧皮部表达时，它们的生物学活性导致韧皮部光同化产物积累增加。在本专利技术的上下文中，光同化产物理解为糖和/或氨基酸。根据本专利技术，(b)中提及的核苷酸序列通常可编码植物蛋白或细菌蛋白或来自真菌或动物有机体的蛋白。优选的实施方案中，核苷酸序列编码蔗糖合酶(E.C.2.4.1.13)、优选地植物蔗糖合酶，特别是来自马铃薯、并且特别优选地在马铃薯块茎中表达的类型。这些序列例如在Salanoubat和Belliard中描述(基因60(1987)，47-56)并且可在EMBL基因库录入号X67125下得到。更优选的实施方案中，核苷酸序列编码蔗糖磷酸化酶(E.C.2.4.1.7)。编码蔗糖磷酸化酶的序列例如从WO 96/24679得知。在另一优选的实施方案中，核苷酸序列编码转化酶(E.C.3.2.1.26)，优选地来自微生物，尤其是来自酵母属真菌、优选地来自酿酒酵母的转化酶。特别优选的是编码胞质转化酶的序列(Sonnewald等，植物杂志，1(1991)，95-106)。根据本专利技术，蔗糖转运蛋白理解为在植物系统中转运蔗糖通过膜的转运蛋白。优选地，这种转运蛋白是植物来源(例如EMBL基因库录入号G21319)。特别优选的(b)中所述序列编码来自菠菜的蔗糖转运蛋白，特别是具有如例如Riesmeier等(欧洲分子生物学组织杂志，11(1992)，4705-4713)中所述的克隆SoSUT1的序列。更优选的实施方案中，刺激位于质膜上的质子梯度的蛋白是质子ATP酶。这种情况中，(b)中所述序列优选地编码来自微生物、尤其是酵母属真菌，优选地来自酿酒酵母的蛋白。在特别优选的实施方案中，序列编码来自酿酒酵母的质子ATP酶PMA1(Serrano等，自然319(1986)，689-693；EMBL基因库)或者来自酿酒酵母的这种质子ATP酶在3′末端截短的形式，特别是如本专利技术实施例3中所述的ATP酶ΔPAM1。选择性地，核苷酸序列也可编码来自植物的质子ATP酶，优选来自马铃薯的质子ATP酶。特别优选的是编码来自马铃薯的质子ATP酶PHA2(Harms等，植物分子生物学，26(1994)，979-988；EMBL基因库X76535)或来自马铃薯的这种质子ATP酶在3′末端截短的形式、特别是如本专利技术实施例4中所述的ATP酶ΔPHA2的序列。根据本专利技术，柠檬酸合酶可以是任何柠檬酸合酶，例如来自细菌、真菌、动物或植物的那些柠檬酸合酶。编码柠檬酸合酶的DNA序列已知，例如来自下列生物枯草芽孢杆菌(U05256和U05257)、大肠杆菌(V01501)、R.prowazekii(M17149)、P.aeruginosa(M29728)、A.antiratum(M33037)(见Schendel等，应用环境微生物学58(1992)，335-345，并且此处引用作为参考)、沃氏富盐菌(James等，Biochem.Soc.Trans.20(1992)，12)、拟南芥(Z17455)(Unger等，植物分子生物学13(1989)，411-418)、凝结芽孢杆菌(M74818)、C.burnetti(M36338)(Heinzen等，基因109(1990)，63-69)、耻垢分枝杆菌(X60513)、嗜酸硫杆菌(X55282)、T.thermophila(D90117)、猪(M21197)(Bloxham等，美国国家科学院院报，78(1981)，5381-5385)、粗糙脉孢菌(M84187)(Ferea等，分子基因遗传学242(1994)，105-110)、酿酒酵母(Z11113，Z23259，M14686，M54982，X00782)(Suissa等，欧洲分子生物学组织杂志，3(1984)，1773-1781)和马铃薯(EP 9591 3066.7)。括弧内的数字是GenEMBL数据库中相应的录入号。根据本专利技术，核苷酸序列一般可编码来自任何生物，尤其是来自植物、真菌、细菌或动物的蛋白。这些序列优选地编码来自植物或真菌的蛋白。优选地，植物是高等植物，尤其是贮藏淀粉或油的有用植物，例如马铃薯或者谷类如大米、玉米、小麦、大麦、黑麦、小麦、燕麦、小米等，以及菠菜、烟草、甜菜、大豆、棉花等。真菌优选地属于酵母属、裂殖酵母属、曲霉属或脉孢菌属，尤其是酿酒酵母、粟酒裂殖酵母、黄曲霉、黑曲霉或者粗糙脉孢菌。根据本专利技术所述的方法的优选实施方案中，(a)中提及的保证伴胞特异转录的区域是来自发根农杆菌的rolC基因的启动子。此启动子例如描述于Schmülling等(植物细胞(1989)，665-671)和Kühn(茄科中蔗糖载体SUT1的鉴定和定位，博士论文(1991)，FreieUniversitt Berlin，生物系)。优选地，所用的启动子区域具有SeqID No.1中所示的核苷酸序列。除了上述rolC启动子，本领域技术人员可立即使用用于伴胞特异表达的其它启动子。进一步的伴胞特异的启动子在文献中有描述，如来自拟南芥的蔗糖转运蛋白启动子(Truernit和Sauer，植物196(1995)，564-570)。而且，不同RNA和蛋白在伴胞中的特异存在在文献中已有描述(见例如Foley等，植物分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增加植物产量的方法，其特征在于表达包含（ａ）允许在伴胞中特异转录的区域；以及与其可操作连接的（ｂ）编码选自下列多肽的核苷酸序列（ｉ）具有切割蔗糖的酶活性的蛋白；（ｉｉ）蔗糖转运蛋白；（ｉｉｉ）其活性引起位于植物细 胞质膜上的质子梯度的刺激作用的蛋白；和（ｉｖ）柠檬酸合酶并稳定整合入植物基因组的重组ＤＮＡ分子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M科瓦特，J里斯梅尔，L维尔密泽，
申请(专利权)人：马普科技促进协会，
类型：发明
国别省市：DE[德国]