具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法技术

技术编号:9740592 阅读:119 留言:0更新日期:2014-03-07 01:00
本申请提供了通过调节编码b-ZIP样多肽或BCAT4样多肽的核酸在植物中的表达而增强产量相关性状的方法。本发明专利技术还提供了具有调节了编码b-ZIP样多肽或BCAT4样多肽之核酸的表达的植物,所述植物相对于相应的对照植物而言具有增强的产量相关性状。本发明专利技术还提供可用于增加植物的产量相关性状的包含编码b-ZIP样多肽之核酸或编码BCAT4样多肽之核酸的构建体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景本专利技术一般地涉及分子生物学领域,并涉及通过调节编码b-ZIP样(碱性亮氨酸拉链)多肽或BCAT4样(支链氨基转移酶4样)多肽的核酸在植物中的表达而增强产量相关性状的方法。本专利技术还涉及具有调节了编码bZIP样多肽之核酸的表达的植物,所述植物相对于相应的野生型植物或其他对照植物而言具有增强的产量相关性状。本专利技术还提供可用于本专利技术方法的构建体。持续增加的世界人口和农业用可耕地供应萎缩刺激了有关增加农业效率的研究。常规的作物及园艺学改进手段利用选择性育种技术来鉴定具有受欢迎特性的植物。然而,此类选择育种技术具有几个缺陷,即这些技术典型地耗费很多劳动并且产生这样的植物,其经常含有异源性遗传组分,这可能不总是导致从亲代植物中传递所希望的性状。分子生物学进展已经允许人类改进动物及植物的种质。植物的遗传工程使得可以分离和操作遗传物质(典型地处于DNA或RNA形式)并且随后引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、农学或园艺学改进性状的作物或植物的能力。具有特殊经济意义的性状是增加的产量。产量通常定义为作物产生的可测量的经济价值。这可以就数量和/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、叶衰老等等。根发育、养分摄入、胁迫耐性和早期萌发势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。因此,优化前述因素可以对增加作物产量有贡献。种子产量是 特别重要的性状,这是因为许多植物的种子对于人类和动物营养而言至关重要。诸如玉米、稻、小麦、卡诺拉(canola)和大豆等作物占人类总卡路里摄取量的一半以上,不论是通过种子本身的直接消耗,还是通过由加工的种子所饲养的肉类产品的消耗。它们也是工业加工所用的糖类、油类和多类代谢物的来源。种子含有胚(新的苗和根的来源)和胚乳(萌发和幼苗早期生长过程中胚生长的养分来源)。种子的发育涉及许多基因,并且需要代谢物自根、叶和茎转移至正在生长的种子。特别是胚乳,同化糖类、油类和蛋白质的代谢前体,将其合成为贮存性高分子,以充盈籽粒。对于众多作物的另一个重要性状是早期萌发势。改进早期萌发势是现代稻育种计划在温带和热带稻栽培品种两者上的一个重要目标。长的根在水栽稻中对于正确土壤固着是重要的。在将稻直接播种至涝田的情况下,以及在植物必须从水中迅速出苗的情况下,较长的苗与萌发势相关。在实施条播(drill-seeding)的情况下,较长的中胚轴和胚芽鞘对于良好的出苗是重要的。人工改造植物内早期萌发势的能力将在农业中是极其重要的。例如,不良的早期萌发势已经限制了基于玉米带生殖质(Corn Belt germplasm)的玉米(Zeamayes L.)杂种在欧洲大西洋地区的引种。另一重要性状是改进的非生物胁迫耐受性。非生物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降低平均产量超过50% (Wang等,Planta218,1-14,2003)。非生物胁迫可以由干旱、盐度、极端温度、化学毒性和氧化胁迫引起。改进植物对非生物胁迫耐受性的能力将在世界范围对农民具有极大的经济优势并且会允许在不利条件期间及在作物栽培否则是不可能的陆地上栽培作物。因此可通过优化上述因素之一来增加作物产量。关于bZIP样多肽,bZIP蛋白质是一组含保守结构域(ZIP)和DNA结合结构域的转录因子,保守结构域(ZIP)参与和其他bZIP蛋白质形成同源和异源二聚体。这些转录因子形成了一个大家族,并存在于真菌、动物和植物中。在植物中,使用在核苷酸序列上的进化研究,在植物中已经鉴定了多达13组的bZIP转录因子(Corrga等人2008)。bZIP转录因子的G组内的亚组含有G-BOX基序结合结构域。该组的基因与在形态发生上应答光成熟和LEA基因阻抑、ABA调节、Adh活化和光形态发生最相关(Corrga等人2008)。关于BCAT4样多肽,BCAT或支链氨基转移酶有时也称为支链氨基转氨酶,其催化支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸合成的最后一步(支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸至其各个α-酮酸的转氨基作用)和/或这些氨基酸降解的开始步骤。Diebold 等人(Plant Physiol, 2002, 129, 540-550)已经在拟南芥(Arabidopsis)中鉴定了 7 种假定的 BCAT 基因。Maloney 等人(Plant Physiol.,2010,153,925-936)鉴定了来自栽培的番爺(Solanum Lycopersicum)的6种BCAT基因。取决于最终用途,对某些产量性状的修饰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期望的,而对于应用如面粉、淀粉或油生产而言,增加种子参数可能是特别希望的。即便在种子参数当中,某些参数可以更优先于其它参数,这取决于应用。多种机制可以对增加种子产量有贡献,无论形式为增加的种子大小或是增加的种子数目。现已发现可以通过在植物中调节编码b-ZIP样多肽或BCAT4样多肽的核酸在植物中的表达而改进植物中的多种产量相关性状。专利技术详述关于bZIP样多肽,本专利技术显示调节编码b-ZIP样多肽的核酸在植物中的表达产生相对于对照植物具有增强的产量相关性状的植物。关于BCAT4样多肽,本专利技术显示调节如本文中所定义的编码BCAT4样多肽的核酸在植物中的表达产生相对于对照植物具有增强的产量相关性状,特别是具有增加的产量或更特别地具有增加的种子产量的植物。根据第一个实施方案,本专利技术提供了相对于对照植物增强植物产量相关性状的方法,所述方法包括在植物中调节编码bZIP样多肽或BCAT4样多肽之核酸在植物中的表达,并任选地选择具有增强的产量相关性状的植物。根据另一个实施方案,本专利技术提供了产生相对于对照植物具有增强的产量相关性状的植物的方法,其中所述方法包括如本文中所述调节编码bZIP样多肽或BCAT4样多肽之核酸在所述植物中的表达,以及任选地选择具有增强的产量相关性状的植物的步骤。调节(优选地,增加)编码bZIP样多肽或BCAT4样多肽之核酸的表达的优选方法是在植物中引入并表达编码bZIP样多肽或BCAT4样多肽的核酸。如本文中所定义,下文中对“用于本专利技术方法的蛋白质”的任何提及都意为bZIP样多肽或BCAT4样多肽。下文中对“用于本专利技术方法的核酸”的任何提及都意为能编码该bZIP样多肽或BCAT4样多肽的核酸。待引入到植物中(并因此用于实施本专利技术方法)的核酸是编码当前所述蛋白质类型的任何核酸,在下文中也称为“bZIP样核酸”或“BCAT4样核酸”或“bZIP样基因”或“BCAT4样基因”。 如本文中所定义,“bZIP样多肽”指包含碱性亮氨酸拉链结构域(PR)0170、SM00338、PS50217)和MFMR型的G框结合结构域(PR)7777)的任何多肽。碱性亮氨酸拉链结构域(bZIP结构域,PR)0170)见于许多DNA结合的真核蛋白质中。结构域的一部分含有调节序列特异性DNA结合特性的区域,并且亮氨酸拉链是二聚化两个DNA结合区所必需的。DNA结合区包含许多碱性氨基酸如精氨酸和赖氨酸。G框结合的蛋白质MFMR结构域(PF07777)见于PF00170bZ本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法,包括调节编码bZIP样多肽的核酸在植物中的表达,其中所述bZIP样多肽包含碱性亮氨酸拉链结构域(PF00170)和MFMR型的G框结合结构域(PF07777),以及由SEQ?ID?NO:119、SEQ?ID?NO:120或SEQ?ID?NO:121表示的基序1至3中的一个或多个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.22 US 61/478,067;2011.05.12 US 61/485,1311.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法,包括调节编码bZIP样多肽的核酸在植物中的表达,其中所述bZIP样多肽包含碱性亮氨酸拉链结构域(PF00170)和MFMR 型的 G 框结合结构域(PR)7777),以及由 SEQ ID NO:119, SEQ ID NO:120 或 SEQ IDNO:121表示的基序I至3中的一个或多个。2.权利要求1的方法,其中所述bZIP样多肽包含基序4至6中的一个或多个。3.权利要求1的方法,其中所述bZIP样多肽包含基序7至12中的一个或多个。4.权利要求1至3的任一项的方法,其中所述受调节的表达通过在植物中引入和表达编码所述bZIP样多肽的核酸而实现。5.权利要求1至4的方法,其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量,和优选地,包括相对于对照植物增加的生物量和/或增加的种子产量。6.权利要求1至5的方法,其中所述增强的产量相关性状在不影响植物的开花时间的情况下获得。7.权利要求1至3的任一项的方法,其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。8.权利要求1至3的任一项的方法,其中所述增强的产量相关性状是在干旱胁迫或氮缺乏条件下获得的。9.权利要求1至8的任一项的方法,其中所述bZIP样多肽之编码核酸是植物来源的,优选来自双子叶植物10.权利要求1至8的任一项的方法,其中所述bZIP样之编码核酸编码表Al列出的任一多肽或者是该核酸的一部分或者是能与该核酸杂交的核酸。11.权利要求1至8的任一项的方法,其中所述核酸序列编码表Al给出的任一多肽的直向同源物或旁系同源物。12.权利要求1至11的任一项的方法,其中所述核酸编码由SEQID NO:2或SEQ IDNO:4表示的多肽。13.权利要求1至12的任一项的方法,其中所述核酸与组成型启动子,优选与中等强度的组成型启动子,优选与植物启动子,更优选与GOS2启动子,最优选与来自稻的GOS2启动子有效连接。14.通过权利要求1至13的任一项方法可获得的植物、其植物部分,包括种子,或植物细胞,其中所述植物、植物部分或植物细胞包含编码如权利要求1至3和9至12的任一项定义的bZIP样多肽的重组核酸。15.构建体,包含: (i)编码如权利要求1至3和9至12的任一项定义的bZIP样的核酸; (?)能够驱动(i)的核酸序列表达的一个或多个控制序列;和任选地, (iii)转录终止序列。16.权利要求15的构建体,其中所述控制序列之一是组成型启动子,优选是中等强度的组成型启动子,优选是植物启动子,更优选是GOS2启动子,最优选是来自稻的GOS2启动子。17.权利要求15或16的构建体在用于制造植物的方法中的用途,所述植物相对于对照植物具有增加的产量相关性状,优选地相对于对照植物具有增加的产量和更优选地相对于对照植物具有增加的种子产量和/或增加的生物量。18.用权利要求15或16的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。19.用于生产转基因植物的方法,所述转基因植物相对于对照植物具有增加的产量相关性状,优选地相对于对照植物具有增加的产量和更优选地相对于对照植物具有增加的种子产量和/或增加的生物量,包括: (i)在植物细胞或植物中引入和表达如权利要求1至3和9至12定义的bZIP样多肽之编码核酸;和 (?)在促进植物生长和发育的条件下培养所述植物细胞或植物。20.相对于对照植物,具有增加的产量相关性状,优选地相对于对照植物具有增加的产量,和更优选地具有增加的种子产量和/或增加的生物量的转基因植物或者源自所述转基因植物的转基因植物细胞,获得自如权利要求1至3和9至12的任一项定义的bZIP样多肽之编码核酸受调节的表达。21.权利要求14、18或20的转基因植物,或源自其的转基因植物细胞,其中所述植物是作物植物,例如甜菜、糖萝卜或苜蓿;或单子叶植物,例如甘蔗;或谷物,例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、一粒系小麦、埃塞俄比亚画眉草、蜀黍和燕麦。22.权利要求21的植物的可收获部分,其中所述可收获部分优选是苗生物量和/或种子。23.来自权利要求21的植物和/或权利要求22的植物的可收获部分的产品。24.如权利要求1至3和9至12任一项定义的bZIP样多肽之编码核酸的用途,所述核酸用于在植物中相对于对照植物增加产量相关性状,优选地相对于对照植物在植物中增加产量,和更优选地相对于对照植物在植物中增加种子产量和/或增加生物量。25.生产产品的方法,包括培养权利要求14、18、20或21的植物,并从所述植物;或者其部分,包括种子或者通过所述植物;或者其部分,包括种子生产所述产品的步骤。26.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法,包括调节编码BCAT4样多肽的核酸在植物中的表达,其中所述BCAT4样多肽包含SEQ ID NO:216表示的特征序列。27.权利要求26的方法,其中所述多肽由包含下述核酸分子的核酸分子编码,所述核酸分子选自:(i)由SEQ ID NO:141,143,145,147,149,151,153,155,157,159,161,163,165,167,.169,171,173,175,177,179,181,183,185,187,189,191,193,195,197,199,201,203,205,.207,209或211的任一项所表示的核酸;(ii)由SEQ ID NO:141,143,145,147,149,151,153,155,157,159,161,163,165,167,.169,171,173,175,177,179,181,183,185,187,189,191,193,195,197,199,201,203,205,.207,209或211的任意之一所表示的核酸的互补序列;(iii)编码由SEQ ID NO:142,144,146,148,150,152,154,156,158,160,162,164,166,.168,170,172,174,176,178,180,182,184,186,188,190,192,194,196,198,200,202,204,.206,208,210或212的任意之一所表示的多肽的核酸,优选地由于遗传密码的简并性,所述分离的核酸可从由 SEQ ID NO:142,144,146,148,150,152,154,156,158,160,162,164,.166,168,170,172,174,176,178,180,182,184,186,188,190,192,194,196,198,200,202,.204, 206, 208, 210或212的任意之一所表不的多肽序列中推出,并且还优选赋予相对于对照植物而言增强的产量相关性状。 (iv)核酸,其以递增的优先顺序与SEQ ID NO:141,143,145,147,149,151,153,155,....

【专利技术属性】
技术研发人员:A·I·桑兹莫林纳罗V·弗兰卡德S·范德纳比利
申请(专利权)人:巴斯夫植物科学有限公司
类型:
国别省市:

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