延迟植物中种子落粒的方法和手段技术

本发明专利技术涉及用于在植物例如十字花科植物中调节果实开裂特性的方法和组合物，特别涉及用于在十字花科植物尤其是为产油而生长的十字花科植物中减少种子落粒至农学上重要的程度的方法和手段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及植物遗传工程。特别地，本专利技术涉及用于调节植物特别是十字花科(Brassicaceae)植物中果实开裂特征的方法和组合物，特别涉及用于在植物，例如十字花科植物，特别是种植用于油料生产的十字花科植物中减少种子落粒或在收获前减少种子落粒至农学上重要的程度的改进方法和手段。背景来自十字花科植物长角果或荚果通过称为开裂的过程释放其种子。长角果由两片边缘相连的心皮构成。两个边界之间的缝形成了厚棱，称作胎座框。当荚果接近成熟时，两个裂片从胎座框沿着指定的荚果上的薄弱线逐渐分开，最后导致附着在胎座框上的种子落粒。开裂带确定了裂片分离的确切位置。在作物收获前或期间，成熟荚果的种子脱落(也称种“种子脱粒”、“荚果脱粒”)是发育干裂果的作物的普遍现象。早熟种子脱落导致减少的种子回收，代表了在主要为获得种子的作物例如生产油料的十字花科植物特别是油籽油菜中的问题。另一个涉及早熟种子落粒的问题是在随后的作物年份自生生长的增加。在油籽油菜中，涉及荚果落粒的产量损失通常是为10至28％，但也可高达50％，这依赖于天气条件。目前商业油籽油菜变种极其容易落粒。Kadkol等人报道了一种澳大利亚油菜对落粒的抗性增加。在从辐射处理的种子生长的油菜突变体中进一步观察到荚果成熟中的变化。然而常规的育种方法未曾成功地给油菜栽培种引入落粒抗性而又不干扰其它所希望的性状，例如早开花期、成熟和黑胫病抗性。通过突变体分析，已经在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中鉴定了几种促进或抑制荚果开裂的基因。这些基因编码假定的MADS盒和基本螺旋-环螺旋-突变。SHATTERPROOFI(SHPI；最初称作AGL1)和SHATTERPROOF2(SHP2；最初称作AGL5)的组合突变产生不开裂的长角果(即，在拟南芥中成熟时保持闭合的长角果)(Liljegren等人，2000，Nature 404,766-770)。类似地，在拟南芥中INDEHISCENT基因(PCT公开WO 01/79517)，以及ALCATRi1Z(Rajani等人2001，Current Biology11，1914-1922)中突变体干扰了荚果开裂，导致荚果落粒抗性。FRUITFUL(FUL)(SHP和IND的抑制基因)在拟南芥中组成型表达时也导致不开裂的长角果(Ferrandiz等人，2000，Science，289,436-438)。因此这些转录因子调节裂片包括裂片边缘和开裂带的发育。也已经鉴定了许多水解酶(如内聚半乳糖醛酸酶)的基因，在荚果开裂期，所述基因在来自十字花科植物的荚果的开裂带程序化分裂中起作用(见，例如，WO 97/13865；Petersen等人，Plant.Mol.Biol.，1996，31517-527)。分离在经济上重要的十字花科植物例如油籽油菜中对应于ind、alc或shpl-shp2的突变等位基因是件费力和耗时的工作。此外，由于油籽油菜中的双二倍性和因此产生的相应基因的功能冗余使这种分离复杂化。已描述了通过使用基因沉默技术例如反义抑制或共抑制(WO99/00503；WO01/79517；WO0159122)可下调ALC、IND、AGL1和AGL5基因的表达。Vancanneyt等人，2002(XIII International Conference on ArabidopsisResearch，Sevilla，Spain，6月28日-7月2日；2002)报导了来自拟南芥处于CaMV 35S启动子控制下的FUL在油籽油菜中的表达产生了大量荚果落粒的抗性转化体。这种荚果落粒抗性品系的荚果没有开裂带，并且只能通过施加相当大的压力随机地破碎裂片才能打开所述荚果。Vancanneyt等人，2002(XIII International Conference on ArabidopsisResearch，Sevilla，Spain，6月28日-7月2日；2002)还报导了通过使用所称作的dsRNA沉默技术沉默拟南芥中IND基因产生几乎完全荚果落粒抗性。98％的所述转基因拟南芥品系发育出不会沿着裂片缝打开和只能通过对所述裂片施加相当压力的才能打开的长荚果。此外，描述于本申请(参见下文)的实验表明使用dsRNA基因沉默技术在欧洲油菜(Brassica napus)中沉默IND基因产生了具有在标准化的随机碰撞试验中只能通过裂片随机破裂打开的荚果的荚果脱粒抗性品系，其中所述dsRNA序列与欧洲油菜的IND一种同源物的序列相同。认识到尽管种子落粒在油籽油菜栽培中构成重要问题时，仍要求从荚果中分离种子是很重要的，其中所述问题可以通过培育荚果落粒抗性品系解决。在正常农业实践中，通过联合收割机对荚果脱粒可实现这个目的。通过联合收割机对荚果进行脱粒必须完全和必须使对所释放的种子的损伤减小到最小。然而，随着荚果强度增加，对其进行脱粒所要求的更强的作用力对种子产生了不可接受的破坏。因此荚果落粒抗性十字花科植物的荚果不应当太强以至其不能在联合收割机中进行脱粒(Bruce等人2001，J.Agric.Engng Res.80，343-350)。因此本领域在提供用于减少在十字花科植物特别是在油籽油菜中种子落粒而保留足够的脱粒能力的方法和手段中仍有缺陷。如通过本专利技术简述、详述和权利要求中描述的多种实施方案所表明的，通过本专利技术可实现这些和其它目标。专利技术简述在本专利技术的一个实施方案中，提供了用于减少植物，优选地十字花科植物(例如油籽油菜植物)中种子落粒的方法，包括步骤-产生植物，优选地十字花科植物的转基因品系群体，其中所述群体的转基因品系在荚果落粒抗性上表现出变异，并且其中所述群体可通过下列方式获得-向植物，优选十字花科植物的细胞中导入嵌合基因以产生转基因细胞，所述嵌合基因包含下列有效地连接的DNA片段-植物可表达的启动子；-DNA区，其转录时产生能够减少植物，优选十字花科植物的内源基因表达的双链RNA分子，所述基因涉及植物，优选十字花科植物的荚果开裂带和裂片边缘的发育，此类基因选自来自拟南芥的INDEHISCENT基因、来自拟南芥的ALCATRAZ基因、来自拟南芥的SHATTERPROOF1基因、来自拟南芥的SHATTERPROOF2基因或存在于十字花科植物中的其同源基因，并且所述RNA分子包含第一和第二个RNA区，其中(i)第一个RNA区包含与涉及荚果开裂带和裂片边缘发育的内源基因的核苷酸序列具有约94％序列同一性的至少19个连续核苷酸的核苷酸序列；(ii)第二个RNA区包含与第一个RNA区的所述19个连续核苷酸互补的核苷酸序列；(iii)第一和第二个RNA区能够在第一和第二区的至少所述19个连续核苷酸之间碱基配对形成双链RNA分子；(b)3’末端区包含在所述植物细胞中发挥功能的转录终止和多腺苷酸化信号。其中所述嵌合基因，当在植物，优选十字花科植物的细胞中表达时，与未转化的植物，优选未转化的十字花科植物中的荚果脱粒抗性相比增加了荚果脱粒抗性，同时保持了所述植物荚果的农学上相关的可脱粒性；-从所述转基因细胞再生转基因品系；和-从所述群体中选择荚果落粒抗性植物，其中所述植物具有表现延迟的种子落粒的荚果。农学上相关的可脱粒性优选地对应于随机碰撞试验中10到60本文档来自技高网...

【技术保护点】
减少植物，优选十字花科植物中种子落粒的方法，所述方法包括下列步骤：（１）产生所述植物的转基因品系群体，其中所述群体的所述转基因品系显示出英果落粒抗性中的变异，其中通过（ｉ）将嵌合基因导入所述植物的细胞以产生转基因细胞，所述嵌 合基因包含下列有效连接的ＤＮＡ：（ａ）植物可表达的启动子；（ｂ）ＤＮＡ区，当其转录时产生能够减小所述植物内源基因，优选地所述十字花科植物内源基因表达的双链ＲＮＡ分子，所述基因参与所述植物英果的开裂带和裂片边缘的发育，所述ＲＮ Ａ分子包含第一和第二个ＲＮＡ区，其中（ｉ）所述第一个ＲＮＡ区包含与参与所述英果开裂带和裂片边缘发育的所述内源基因的核苷酸序列具有约９４％序列同一性的至少１９个连续核苷酸的核苷酸序列；（ｉｉ）所述第二个ＲＮＡ区包含与所述第一个 ＲＮＡ区的所述１９个连续核苷酸互补的核苷酸序列；（ｉｉｉ）所述第一和第二个ＲＮＡ区能够在所述第一和第二区的至少所述１９个连续核苷酸之间碱基配对形成双链ＲＮＡ分子；（ｃ）任选地，３’末端区，其包含在所述植物细胞中发挥功能的转录 终止和多腺苷酸化信号；其中所述嵌合基因当在所述植物，优选所述十字花科植物的细胞中表达时，与未转化的植物，优选未转化的十字花科植物中的英果落粒抗性相比增加了英果落粒抗性，而保持所述植物的所述英果的农学相关的可脱粒性；（ｉｉ）从 所述转基因细胞再生转基因品系可以得到所述群体；和（２）从所述群体选择英果落粒抗性植物，其中所述植物具有表现种子落粒减少的英果。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G万卡尼特，M亚诺夫斯基，S肯皮恩，
申请(专利权)人：拜尔生物科学公司，加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]