具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法技术

本发明专利技术总体上涉及分子生物学领域并涉及用于通过调节编码RHL1(无根毛1)的核酸在植物中的表达而增强多种植物产量相关性状的方法。本发明专利技术还涉及具有编码RHL1的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其他对照植物具有增强的多种植物产量相关性状。本发明专利技术也提供了在本发明专利技术方法中有用的构建体。

【技术实现步骤摘要】
本申请为2009年6月22日提交的、专利技术名称为“具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法”的PCT申请PCT／EP2009／057722的分案申请，所述PCT申请进入中国国家阶段的日期为2011年2月25日，申请号为200980133067.X。本专利技术总体上涉及分子生物学领域并涉及用于通过调节编码RHL1(无根毛(Root Hairless)1)的核酸在植物中的表达而增强多种植物产量相关性状的方法。本专利技术还涉及具有编码RHL1的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其他对照植物具有增强的多种植物产量相关性状。本专利技术也提供了在本专利技术方法中有用的构建体。本专利技术总体上涉及分子生物学领域并涉及用于通过增加编码转谷氨酰胺酶(TGase)多肽的核酸序列在植物中的表达而增加多种植物种子产量相关性状的方法。本专利技术还涉及具有编码TGase多肽的核酸序列的增加表达的植物，所述植物相对于对照植物具有增加的种子产量相关性状。本专利技术还涉及包含该核酸序列的核酸序列、核酸构建体、载体和植物。本专利技术总体上涉及分子生物学领域并涉及用于通过调节编码TRY-样(Tryptichon)多肽的核酸在植物中的表达而改良多种植物生长特征的方法。本专利技术还涉及具有编码TRY-样多肽的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其他对照植物具有改良的生长特征。本专利技术也提供了在本专利技术方法中有用的构建体。本专利技术总体上涉及分子生物学领域并涉及用于增加植物中种子产量的方法。更具体地，本专利技术涉及用于通过调节编码BZR(BRASSINAZOLE-RESISTANT(抗性))多肽的核酸在植物中的表达而增加植物中种子产量的方法。本专利技术还涉及具有编码BZR多肽的核酸的受调节表达的植物，所述植物相对于对照植物具有增加的种子产量。本发明还提供用于实施本专利技术方法的迄今未知的BZR-编码核酸，和包含此核酸的构建体。持续增长的世界人口和农业用可耕地供应萎缩刺激了有关提高农业效率的研究。常规的作物及园艺学改良手段利用选择育种技术以鉴定具有受欢迎特征的植物。然而，此类选择育种技术具有几个缺陷，即这些技术一般耗费很多劳动并且产生这样的植物，其经常含有可能并不总导致受欢迎性状从亲代植物传递下去的异源遗传组分。分子生物学进展已经允许人类改良动物及植物的种质。植物的遗传工程使得可以分离和操作遗传物质(一般处于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、农学或园艺学改良性状的作物或植物的能力。具有特殊经济意义的性状是提高的产量。产量通常定义为来自作物的经济价值的可测量结果。该结果可以就数量和／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。根发育、养分摄入、胁迫耐受性和早期生长势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。优化前述因素因而可以有助于提高作物产量。种子产量是特别重要的性状，因为许多植物的种子对人和动物营养是重要的。作物如谷物、稻、小麦、卡诺拉油菜和大豆占超过一半的人类总热量摄入，无论通过直接消费种子本身或通过消费基于加工的种子而产生的肉产品。作物也是糖、油及工业加工中所用许多类型代谢物的来源。种子含有胚(新茎干(shoot)和新根的来源)和胚乳(萌发期间和幼苗早期生长期间用于胚生长的养分来源)。种子发育涉及多种基因并且需要代谢物从根、叶和茎转移至正在生长的种子中。胚乳尤其同化糖类、油和蛋白质的代谢前体并且将它们合成为贮藏大分子以灌满籽粒。植物生物量是饲料作物如苜蓿、饲用谷物和干草的产量。产量的许多代用物已经用于谷物作物。它们当中主要是对植物尺寸的估计。植物尺寸可以根据物种和发育阶段以多种方式测量，不过包括总植物干重、地上部分干重、地上部分鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、莲座丛直径、叶长度、根长度、根质量、分蘖数和叶数。许多物种维持在给定发育阶段上植物不同部分的尺寸之间的保守比率。这些异速增长关系用来从这些尺寸量值之一外推至另一种尺寸量值(例如Tittonell等，2005Agric Ecosys&Environ105：213)。在发育早期的植物尺寸一般与发育中稍后的植物尺寸相关。具有较大叶面积的较大植物通常可以比较小的植物吸收更多光线和二氧化碳并且因而可能会在相同的时段期间获得更大重量(Fasoula和Tollenaar2005Maydica50：39)。此外，这也是植物应当初始实现较大尺寸的微环境优势或遗传优势的潜在延续。存在针对植物尺寸和生长速率的强遗传组分(例如ter Steege等，2005Plant Physiology139：1078)，并且因而对于一系列各异遗传表型，在一种环境条件下的植物尺寸很可能关联于另一种环境条件下的尺寸(Hittalmani等，2003Theoretical Applied Genetics107：679)。以这种方式，使用标准环境作为作物在田间于不同位置及时间所遭遇的多样且动态环境的代用物。对于许多作物的另一个重要性状是早期生长势。改良早期生长势是现代稻育种计划在温带和热带稻品种方面的重要目标。长根对于水栽稻中正确土壤固定是重要的。在稻直接播种至被淹没田地的情况下，以及在植物必须从水中迅速出苗的情况下，较长的苗与生长势相关。在实施条播的情况下，较长的中胚轴和胚芽鞘对良好出苗是重要的。将早期生长势人工改造到植物内的能力在农业中将是极重要的。例如，不良的早期生长势已经限制了基于玉米带种质(Corn Belt germplasm)在欧洲大西洋地区引种玉米(Zea mayes L.)杂种。收获指数即种子产量对地上部分干重的比率在许多环境条件下是相对稳定的并且因而可以经常获得植物尺寸与谷物产量之间的强相关(例如Rebetzke等，2002Crop Science42：739)。这些过程是内在联系的，因为谷物生物量的主要部分取决于植物叶和茎的现有和储备光合生产率(Gardener等，1985Physiology of Crop Plants.Iowa State University Press，第68-73页)。因此，选择植物尺寸(甚至在发育的早期)已经用作未来潜在产能的指示物(例如Tittonell等，2005Agric Ecosys＆Environ105：213)。当检验遗传差异对胁迫耐受性的影响时，使土壤属性、温度、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2008.06.26 EP 08159089.5;2008.06.26 EP 08159093.7;1.相对于对照植物在植物中提高种子产量的方法，其包括
在植物中调节编码BZR、BRASSINAZOLE-抗性多肽的核酸的
表达和任选地选择具有提高的种子产量的植物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述BZR多肽包含：
(i)SEQ ID NO：239的氨基酸序列；
(ii)以增加的优选顺序与SEQ ID NO：239中位于氨基
酸定位10-157间的结构域具有至少50％、51％、
52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、
60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、
68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、
76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、
84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、
92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、或
99％的序列同一性的结构域和／或
(iii)以增加的优选顺序与SEQ ID NO：326所代表的
bHLH样结构域具有至少50％、51％、52％、53％、
54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、
62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、
70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、
78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、
86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、
94％、95％、96％、97％、98％、或99％的序列同
一性的结构域和／或
(iv)与表A4的任意多肽的氨基酸序列的50％、55％、
60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、

\t84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、
92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％
或更高的序列同一性；和／或
(V)由SEQ ID NO：323、SEQ ID NO：324、SEQ ID NO：
325中任一个代表的基序，其中1、2、3或4残基
可由任意氨基酸取代。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述调节的表达通过在
植物中引入和表达编码BZR多肽的核酸来实现。
4.根据权利要求1至3任一项的方法，其中所述编码BZR
多肽的核酸编码表A4中所列的任一蛋白质或者是此类核酸的部
分，或者是能够与此类核酸杂交的核酸。
5.根据任何前述权利要求的方法，其中所述核酸序列编码表
A4中所给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
6.根据任何前述权利要求的方法，其中所述编码BZR多肽
的核酸序列如SEQ ID NO：238所示。
7.根据权利要求1至6任一项的方法，其中所述提高的种子
产量选自总种子重、饱满种子数和千粒重。
8.根据权利要求1至7任一项的方法，其中所述提高的种子
产量在非胁迫条件下获得。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其中所述核酸有效
连接至衍生自组成型启动子的植物，优选至GOS2启动子，最
优选至来自稻的GOS2启动子。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中所述编码BZR
多肽的核酸是植物来源的，优选来自双子叶植物，进一步优选来
自十字花科，最优选来自拟南芥。
11.植物或其部分，其包括种子，通过根据权利要求1至10
中任一项的方法可获得，其中所述植物或其部分包含编码BZR

\t多肽的重组核酸。
12.分离的核酸分子，其包括任一以下特征：
(i)SEQ ID NO：250、252、254、256中任一个所代表的
核酸；
(ii)与SEQ ID NO：250、252、254、256中任一个互补的
核酸或其片段；
(iii)编码与SEQ ID NO：250、252、254、256中之一项以
增加的优选顺序具有至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、
86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、
96％、97％、98％、或99％或更高的序列同一性的BZR多肽的
核酸；
(iv)能够在严格条件下与上文(i)、(ii)或(iii)中给出的任一核
酸杂交的核酸。
13.分离的多肽，其包括：
(i)氨基酸序列，其与SEQ ID NO：250、252、254、256
中之一项以增加的优选顺序具有至少80％、81％、82％、83％、
84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、
94％、95％、96％、97％、98％、或99％或更高的序列同一性
的氨基酸序列；和／或
(ii)(i)中给出的任意氨基酸序列的衍生物。
14.构建体，其包含
(i)编码在权利要求12或13中定义的BZR多肽的核酸、或
根据权利要求4-6或12中的任一项的核酸；
(ii)一个或多个调控序列，其能够驱动(a)的核酸序列的表
达；以及任选地
(iii)转录终止序列。
15.根据权利要求14的构建体，其中所述调控序列之一是组

\t成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动
子。
16.根据权利要求14或15的构建体在方法中的用途，所述
方法用于制备相对于对照植物具有提高的种子产量的植物。
17.用根据权利要求14或15的构建体转化的植物、植物部
分或植物细胞。
18.用于产生相对于对照植物具有提高的种子产量的转基因
植物的方法，其包括：
(i)在植物中引入和表达编码如权利要求1、2或13中所
定义的BZR多肽的核酸、或根据权利要求4-6或12中的任一项
的核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞；和任
选地
(iii)选择具有种子产量的植物。
19.具有提高的种子产量的转基因植物，其产生自如权利要
求1、2或13中所定义的BZR多肽的编码核酸的受调节表达，
或来自所述转基因植物的转基因植物细胞。
20.根据权利要求11、17或19的转基因植物或来自其的转
基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶植物或谷物，
例如稻、玉米、小麦、大麦、稷、裸麦、黑小麦、高粱和燕麦。
21.根据权利要求20的植物的可收获部分，其中所述可收获
部分优选是茎干生物量和／或种子。
22.产物，其来自根据权利要求20的植物和／或来自根据权
利要求21的植物可收获部分。
23.编码BZR多肽的核酸在相对于对照植物在植物中提高种子产
量中的用途。
24.根据权利要求23的用途，其中所述BZR多肽如权利要求1、
2或13中任一项所定义，或由根据权利要求4-6或12中的任一
项的核酸所编码。
25.用于相对于对照植物增强植物中种子产量相关性状的方
法，其包括增加转谷氨酰胺酶(TGase)多肽的编码核酸序列在植
物中表达，其中所述TGase多肽包含(i)质体转运肽；(ii)与如
SEQ ID NO：27所代表的包含至少一个卷曲螺旋的结构域以增
加的优选顺序具有至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、
80％、85％、90％、95％、98％、99％或更多氨基酸序列同一性；
(iii)和用于蛋白质-谷氨酸-γ-谷氨酰转移酶的综合相关酶数据
库登录号EC2.3.2.13。
26.根据权利要求25的方法，其中所述的TGase多肽具有：
(i)质体转运肽；(ii)与如SEQ ID NO：45所代表的多肽以增加的
优选顺序具有至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、
85％、90％、95％、98％、99％或更多氨基酸序列同一性。
27.根据权利要求25或26的方法，其中所述TGase多肽与
如SEQ ID NO：45所代表的TGase多肽或与本文表A2中给出
的任意多肽序列以增加的优选顺序具有至少50％、55％、60％、
65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或
更多氨基酸序列同一性。
28.根据权利要求25至27中任一项的方法，其中所述TGase
多肽是这样的任意多肽，当其在构建TGase进化系统树(如图5
中所绘制的一个进化系统树)中使用时，与包含SEQ ID NO：45
所代表的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·海茨费尔德，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：发明
国别省市：