用于提高植物生产率的转录调控制造技术

本发明专利技术描述了包含用于改善各种农作物和模式植物、具有C3或C4光合作用途径的双子叶植物和单子叶植物中的光合作用能力、生物量和/或谷物产量和胁迫耐受性的功能性转录因子的DNA构建体和多核苷酸的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高植物生产率的转录调控相关申请本申请要求于2012年12月18日提交的美国临时申请第61/738,675号的利益。上述申请的全部内容通过引用的方式结合至本文。通过引用合并ASCII文本文件形式的材料本申请通过引用合并在下面ASCII文本文件中包含的序列表，所述文本文件与本申请同时提交：文件名：46141011001_FINALSEQUENCELISTING.txt；生成于2013年12月18日；大小为163KB。政府支持本专利技术在能源部的DE-EE0004943政府支持下完成。政府享有本专利技术的一些权利。
技术介绍
全球人口的规模增加、新兴国家(如中国)中居住标准的提高以及使用可再生资源(如植物)以生产生物燃料和生物基化学制品使得对农业有了额外的压力。这些因素与额外耕地和水资源的有限供给一起意味着农作物生产率或产量是满足这些需求的关键。农业需要以减少输入提供更多的产出。除了传统的和标记辅助育种计划，对于可以广泛地影响农作物产量以及减轻环境胁迫条件(如干旱、霜冻、高温和盐分)的影响和需要较少的化学产品(如肥料、除草剂、杀虫剂和杀真菌剂)的投入的新基因的鉴定和应用的需求增加。例如，2010年全球生物燃料生产(主要由源自植物碳水化合物源(如来自玉米、甘蔗的淀粉、糖类)的生物乙醇和来自植物油(来自棕榈和大豆)的生物柴油提供)达到了280亿加仑的产出，提供了全世界用于道路运输的燃料的大约2.7％。实现较高产量的关键之一是提高植物的光合作用能力，以使得每株植物固定更多的二氧化碳，这与上调关键代谢途径一起导致植物组织中存储碳水化合物(如淀粉和蔗糖)或脂质(如脂肪酸和甘油三酯(油))的水平提高。在用于饲料或能源生产的生物质农作物的情况中，增加每株植物的总生物量也是高度期望的结果。在很多情况中，为增加植物中存储碳水化合物或油的努力已经聚焦在使用编码特定代谢途径中的个别酶(即，“单一酶”或代谢途径方法)的基因的遗传修饰。转录因子(TF)被认为是用于操纵植物代谢的“单一酶”方法的潜在替代方式(Grotewold,2008,Curr.Opin.Biotechnol.19:138-144)。它们是植物生长、发育和环境胁迫反应过程中差异基因表达的关键调节子。转录因子或者与参与关键生物过程的基因直接相互作用，或者与之后同靶基因结合的其它TF的调节相互作用，从而实现高水平的特异性和控制。得到的结果是影响多种基因并导致，例如，经由相互连接的或竞争的代谢途径的关键代谢物流的微调变化的多层调控网络(Ambavaram等,2011,PlantPhysiol.155:916–931)。关于直接参与植物中光合作用相关基因的调节的转录因子的信息有限，光合作用参数的改进已经在过表达AP2/EREB、bZIP、NF-X1、NF-Y(HAP)和MYB的TF家族的成员的转基因农作物和模式植物中报导(Saibo等,2009,Ann.Bot.-London103:609-623)。这些TF的大多数是胁迫诱导的，并赋予对一系列非生物胁迫因子(如干旱、盐分、高温或低温以及光抑制)的耐受性(Hussain等,2011,BiotechnologyProg.27:297-306，还参见WO2005/112608A2和Broun的美国专利6,835,540B2号)。仅少许TF，如来自玉米的Dof1和MNF，与参与C4光合作用的基因的表达相关(Weissmann&Brutnell,2012,Curr.Opin.Biotechnol.23:298-304；Yanagisawa,2000,PlantJ.21:281-288)。导致生物量产量提高的不同营养和/或花器官的生长增加已经在过表达TF(如ARGOS、AINTEGUMENTA、NAC1、ATAF2、MEGAINTEGUMENTA和ANGUSTIFOLIA)的植物中报导(Rojas等,2010,GMCrops1:137-142及其中的参考文献；也参见WO2011/109661A1、WO2010/129501、WO2009/040665A2、WO02/079403A2和Heard等的美国专利7,598,429B2号以及Beekman等的7,592,507B2号)。也已经报导了通过改变调控木质素(Wang等的US2012/0117691A1)和次级代谢物(Broun的美国专利6,835,540B2号)的生物合成中的基因的转录因子的表达改变植物代谢途径。因此，存在鉴定转录因子的需要，所述转录因子增加或改变的表达不仅导致植物中在光合作用中使用的捕光色素水平提高以及光合作用能力的提高，而且上调产生一种或多种额外的期望效果的关键代谢途径，所述一种或多种额外的期望效果选自：植物组织中淀粉、葡萄糖或蔗糖(非结构碳水化合物)水平的提高，脂肪酸水平的提高，生物量和/或谷物产量的生产提高，以及增强的胁迫耐受性。同样期望能够在广泛的农作物物种中鉴定这些转录因子的合适变体，以及能够在广泛的农作物(包括具有C3或C4光合作用途径的双子叶植物和单子叶植物)中对这些基因进行工程改造。用于实施本专利技术的感兴趣的具体农作物包括：柳枝稷、芒属(Miscathus)、苜蓿属(Medicago)、甜高粱、高粱、甘蔗、能源甘蔗、象草、玉米、小麦、大麦、燕麦、水稻、大豆、油棕榈、红花、芝麻、亚麻、棉花、向日葵、亚麻荠属(Camelina)、欧洲油菜(Brassicanapus)、埃塞俄比亚芥(Brassicacarinata)、芥菜(Brassicajuncea)、珍珠稷、粟、其它谷物、油菜籽、蔬菜、饲草、木本植物和生物质农作物。
技术实现思路
本专利技术总体地属于新基因和使用这些新基因增加植物农作物产量的方法的领域。本文描述的是新转录因子的应用，所述新转录因子在感兴趣的植物中过表达时影响农作物中多个生物途径的调控，导致例如绿色组织中光合色素的更高水平、光合作用效率提高、叶组织中非结构碳水化合物(淀粉、蔗糖、葡萄糖)和脂肪酸的含量增加、生物量产量增加以及胁迫耐受性提高。多种转录因子候选物的筛选已经导致新转录因子的鉴定，这些新转录因子在转基因植物中从异源启动子表达时形成这些转录因子表达增加的植物。增加的表达水平可以是在野生型植物(如，非转基因植物、测试植物或对照植物)中发现的背景表达水平的多至1.2倍、1.3倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或多于10倍。作为这些转录因子表达提高的结果，实现了多种有益性状，包括但不限于，与野生型植物相比，光合色素的水平提高、光合作用能力提高、植物组织中非结构碳水化合物(包括淀粉、蔗糖和葡萄糖)的水平提高、植物组织中脂肪酸水平提高、生物量生长率和产量增加以及胁迫耐受性提高。本文还描述了用于鉴定转录因子和产生转基因植物的方法。这些转录因子基因、其同源物和/或直系同源物以及本文中描述的用于增加它们的表达或用于在异源宿主中表达它们的方法可以在广泛的农作物植物中实现产量增加。用本专利技术的转录因子和其同源物和/或直系同源物转化的植物中的较高光合作用速率与由所描述的方法实现的提高的光合色素水平结合导致中心碳代谢的产物(如，淀粉、可溶性糖以及脂肪酸)的积累增加以及生物量和谷物产量提高。还可能，这些转录因子的表达水平提高的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转基因植物或植物的一部分或植物材料或植物种子或植物细胞，包含编码AP2/ERF或NF‑YB转录因子家族的一种或多种核苷酸序列，其中所述AP2/ERF转录因子由SEQ ID NO:1或2的核苷酸序列编码，且所述NF‑YB转录因子由SEQ ID NO:3的核苷酸序列编码；其中，所述一种或多种转录因子的表达增加了所述转基因植物、植物的一部分、植物材料、植物种子或植物细胞中的碳流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.18 US 61/738,6751.一种用于生产用于产生转基因植物农作物的转基因种子的方法，所述转基因植物具有由SEQIDNO:1的多核苷酸序列的过表达导致的增强的电子传递速率，所述方法包括：a)筛选用所述SEQIDNO:1的多核苷酸序列转化的植物群体；b)从所述群体中选择一个或多个展现所述增强的电子传递速率的植物；以及c)收集来自所选择的植物的种子。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述种子是水稻种子、玉米种子或高粱种子，且所述种子具有增加的碳含量。3.一种产生转基因植物的方法，包括共表达SEQIDNO:1和SEQIDNO:2的多核苷酸序列的组合。4.一种用于在组织培养物中测试植物对不同胁迫因子的反应以用于鉴定对所述胁迫因子具有增强的耐受性的植物的方法，该方法包括：在引起胁迫的一种或多种条件下比较测试非转基因植物和转基因植物，所述胁迫包括水、光、温度和盐度的改变；和选择展现出对所述胁迫因子具有增强的耐受性的转基因植物，其中所述转基因植物具有增加的SEQIDNO:1的多核苷酸序列的表达，其中与所述测试非转基因植物相比，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·R·安巴瓦拉姆，M·索姆勒瓦，
申请(专利权)人：梅塔玻利克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US