具有改变的生长特性的植物及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种通过调节植物中编码金属硫蛋白的核酸序列的表达和／或调节植物中金属硫蛋白的活性来改变植物的生长特性的方法。本发明专利技术还涉及具有改变的生长特性的转基因植物，该植物具有编码金属硫蛋白的核酸的经调节的表达。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种改变植物生长特性的方法。更为具体地说，本专利技术涉及一种改变植物生长特性的方法，包括向植物中引入编码金属硫蛋白的核酸。本专利技术还涉及具有编码金属硫蛋白的核酸序列经调节的表达和/或金属硫蛋白经调节的活性的植物，该植物相对于相应的野生型植物具有改变的生长特性。本专利技术也提供适用于本专利技术的方法的构建体。
技术介绍
一些重金属，特别是铜和锌，是通过Cu-和Zn-依赖性酶的作用在多种植物生理过程中扮演重要角色的必需微量营养物。这些和其它非必需重金属离子，例如镉、铅和汞，具有高度反应性，并因此可对活细胞具有毒性。因此植物同所有活的生物体一样，已经进化获得了一套对必需和非必需重金属的摄入和聚积进行控制和反应的机制。这些机制包括特定配体对重金属的螯合和多价螯合。两种在植物细胞中最充分表征的重金属结合配体为植物螯合肽(PC)和金属硫蛋白(MT)。MT为一族基因编码的富含半胱氨酸的多肽。相反，PC为一族酶合成的富含半胱氨酸的多肽。金属硫蛋白，mRNA翻译的产物，是低分子量，富含半胱氨酸的金属结合蛋白。MT蛋白和基因在动物和植物王国以及原核生物聚球藻(Synechococcus)中普遍存在。MT中大量的半胱氨酸残基通过硫醇键结合多种金属。MT通常含有2个结合金属的、富含半胱氨酸的结构域，赋予这些金属蛋白哑铃状的构象。现在可获得的数据倾向于支持MT在铜耐受性中的作用(而PC防御镉)。MT蛋白的分类基于Cys残基的排列。Cobbett和Goldsbrough(Annu Rev Plant Biol.53，159-82，2002)区分4种类别1型到4型。2型MT含有2个富含半胱氨酸的结构域，由一个大约40个氨基酸的间隔分开，第一对半胱氨酸在氨基酸位置3和4作为Cys-Cys基序存在。另外，2型MT的N末端结构域的序列(MSCCGGNCGCS-)高度保守。鼠耳芥、水稻和甘蔗含有编码所有4种类型的MT的基因。可以对这些基因的表达模式进行通常的观察。4型MT限于发育的种子。1型MT在根中的表达倾向于比芽苗中高，而2型MT的观察结果通常相反。3型MT在肉果中或在非肉果生产植物(如鼠耳芥)的叶片中表达。多种环境因素影响这些基因的表达。已经生产了在AtMT2a启动子的控制下表达GUS的转基因植物。在年幼植物中，染色仅仅在子叶和侧根尖发现。较老的植物中的GUS活性在香毛簇的基底、排水器、萼片、花粉囊、柱头、根尖和侧根分枝点的脉管组织中见到。随着叶子老化，GUS染色增强。已经为两个目的生产出表达MT的转基因植物1)重金属污染的土壤的植物整治转基因烟草和Brassica植物，经工程改造以过表达MT，对镉等重金属的毒性具有中等抗性(Suh等人，Mol Cells.8，678-684，1998)。2)营养质量提高，当在水稻中与肌醇六磷酸酶和铁蛋白共表达时，改善人类的铁膳食。金属硫蛋白样蛋白，富含半胱氨酸(富含硫的氨基酸)有助于人体消化系统吸收铁(Potrykus I(2002)Nutritionalimprovement of rice to reduce malnutrition in developingcountries.“Plant Biotechnology 2002 and Beyond”I.K.Vasil(ed.)pp 401-406)。鉴于不断增长的世界人口，提高农业效率和增加园艺学植物的多样性仍然是农业研究的一个主要目标。农作物和园艺改进的传统方式采用选择育种技术来鉴定具有需要的特性的植物。然而，这种选择育种技术具有几个缺点，即，这些技术通常是劳动密集型的，并导致产生经常含有异质性遗传补充的植物，其不总能导致期望的性状从亲本植物传承。分子生物学的进展已经允许人类操纵动物和植物的胚质。植物的遗传工程使分离和操纵遗传材料(通常以DNA或RNA的形式)以及随后将该遗传材料引入植物成为可能。这种技术已经导致具有多种改良的经济学、农艺学或园艺学性质的植物的产生。一种具有特别经济利益的性状为高产量。专利技术详述现在已经惊奇地发现，调节植物中编码金属硫蛋白的核酸的表达使植物具有改变的生长和发育。因此，根据本专利技术的第一个具体实施方式，提供了一种改变植物生长和发育的方法，包括在植物中引入遗传修饰，并选择编码金属硫蛋白的核酸在植物中经调节的表达，附带条件是该改变的生长和发育不是增加的金属聚积或对非生物逆境增加的耐受性或抗性。增加的金属聚积是指为了生物整治的目的或为了提高植物的营养质量的任何金属摄取，特别是设想重金属或离子的摄入。术语非生物逆境代表由盐、寒冷或渗透压导致的逆境，也包括氧化逆境。本专利技术的方法包括植物或植物细胞的遗传修饰。术语“遗传修饰”指与野生型细胞相比通过人工干预在细胞的遗传内容方面的改变，包括遗传工程、育种或诱变等技术。遗传内容的改变包括基因组的修饰，并包括植物细胞染色体以及游离体中遗传材料的添加、缺失和置换。该术语也包括向植物细胞中加入染色体外信息。遗传修饰优选导致核酸的经调节的表达。本专利技术的方法也包括后继的选择步骤，这期间选择具有需要的特性的植物。选择步骤可以基于监测改变的生长特性的存在或缺乏，或基于监测与引入的感兴趣核酸相关联的选择或筛选标记基因的存在或缺乏。在本专利技术中，设想核酸的经调节的表达，特别是增加的表达。调节(增加或减少)编码金属硫蛋白的核酸的表达或调节金属硫蛋白本身的活性和/或水平包括在特定的细胞或组织中改变的基因表达和/或基因产物即多肽改变的活性和/或水平。可以通过例如化学方法和/或重组方法来实现改变的基因表达和/或改变的基因产物的活性和/或水平。调节基因的表达和/或基因产物的水平和/或调节基因产物的活性可以直接通过调节金属硫蛋白编码基因的表达和/或直接通过调节金属硫蛋白的活性和/或水平而实现。经调节的表达可以由内源性金属硫蛋白基因改变的表达水平而产生和/或可以由预先引入植物的金属硫蛋白编码核酸的改变表达而产生。类似地，金属硫蛋白经调节的活性和/或水平可以是内源性金属硫蛋白基因表达水平改变的结果和/或可以由预先引入植物的金属硫蛋白编码核酸的表达改变而致。另外或可选地，上述的表达的调节可以以间接方式达到，例如可作为降低或增加调控金属硫蛋白基因表达或影响金属硫蛋白的活性和/或水平的因子的水平和/或活性的结果而实现。可以方便地通过化学方法实现编码金属硫蛋白核酸的表达的调节和/或金属硫蛋白本身的活性和/或水平的调节，即通过外源性应用一种或多种能调节金属硫蛋白的活性和/或水平和/或能够调节金属硫蛋白编码核酸(该核酸可以是内源性基因或引入植物中的转基因)的表达的化合物或因子。术语“外源性应用”以其最广义包括将使细胞、组织、器官或生物体与合适的化合物或因子接触或对其施用。该化合物或元素可以以适合摄入的方式应用于植物(例如通过施用到土壤中通过根来摄取，或通过直接施用于叶子，如通过喷雾)。适合外源性应用的化合物或因子包括金属硫蛋白编码核酸和能够与其杂交的核酸；金属硫蛋白基因产物或其同源物、衍生物或活性片段和/或能识别或模拟所述基因产物的抗体。这些抗体可以包括“植物抗体(plantibodies)”、单链抗体、IgG抗体和重链抗体(来自骆驼或Camelidae的其它成员)，以及它们的片段。另外或可选地，用相互作用蛋白本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改变植物生长和发育的方法，包括在所述的植物中引入遗传修饰，并选择编码金属硫蛋白的核酸在所述植物中经调节的表达，条件是所述改变的生长和发育并非增加的金属聚积或增加的对非生物逆境的耐受性或抗性。

【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：AI桑莫里内罗，
申请(专利权)人：作物培植股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]