控制植物中水含量的方法技术

本发明专利技术提供了控制植物水含量以提供能耐受与水相关之应力的植物的方法。此方法的特征在于将编码植物水通道蛋白的基因有效地导入需要耐受与水相关之应力的植物中。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是1996年10月24日提交的USSN08/736,287的持续申请。本专利技术涉及控制植物中水含量以提供能耐受与水相关的应力(stress)，如盐应力或干旱应力的植物。现有技术植物不断地处于应力之中，甚至在正常的生长条件下也是如此。这种应力是多种因素引起的，如盐，干旱，高温，低温，强光，空气污染等。从农业的角度看，盐和干旱应力导致最严重的问题，在土壤天然富含盐的地区和灌溉的农场都可以观察到盐应力。目前，10％以上的耕地遭受一定程度的盐应力。为了提高粮食生产，需要在以前被认为不可耕作的土地上载种作物。干旱应力是由不合时宜的气候和所处的地理位置引起的。在美国，干旱每几年一次引起作物减产。因此，重要的是发现能耐受与水相关之应力的植物。在这点上，已知水通道蛋白(下文中有时简称为WCH蛋白)似乎在“植物中水的流动”中起作用。这些植物WCH蛋白被分成两种，一种位于质膜上，一种位于液泡膜上。一些报道已经公开了这些蛋白的基因。有关位于质膜上的WCH蛋白的基因，已报道了例如，衍生自豌豆的负责膨压的WCH蛋白cDNA的克隆(植物分子生物学，15,11-26(1990))；衍生自拟南芥(Arabidopsis thaliana)的负责干燥作用的WCH蛋白cDNA的克隆(植物细胞生理学，33,217-224)；拟南芥的WCH基因(植物学杂志，6,187-199(1994))；番茄的WCH基因(植物分子生物学，24,539-543(1994))；将反义基因导入拟南芥中以证实其在水通道中的功能(植物学杂志，7,87-95(1995))；common ice植物(Mesembryanthemumcrystallinum(龙须海棠属的一种植物))的WCH基因(植物细胞，7,1129-1142(1995))等。另外，衍生自谷物，水稻，球茎甘蓝(Brassica oleracea)，大豆，大麦等的那些WCH蛋白基因也已在基因数据库中登记。有关位于液泡膜上的WCH蛋白的基因，已报道了例如，衍生自烟草的一个基因(核酸研究，18,7449(1990))；衍生自菜豆的一个基因(植物细胞，2,525-532(1990))；衍生自拟南芥的一个基因(植物生理学，99,561-570(1992))等。另外，衍生自水稻，大麦，大豆，小萝卜(Raphanussativa)，白车轴草(Triforium repens)，苜蓿(Medicago sativa)等的那些WCH蛋白基因也已在基因数据库中登记。如上所述，目前迫切需要提供能耐受与水相关之应力的植物。得到这种植物的一个方法涉及通过例如基因操作来控制植物的水含量。一般认为通过增加植物的水含量，即增强植物保持水的能力可得到能耐受与水相关之应力的植物。为了以上述方式得到能耐受与水相关之应力的植物，WO96/00789和自然，379(22),683-684(1996)公开了通过控制植物的水含量得到能耐受与水相关之应力的植物的方法。此方法包括将海藻糖生物合成酶的基因导入植物，从而诱导海藻糖在植物中的合成和积累，通过海藻糖保持水的作用消除水含量的损失。这些文献所公开的内容通过参考文献并入本文。然而，此方法存在多种问题，即此方法中消耗了通过光合作用所固定的一些碳，从能量消耗的角度看这是不利的。另外，还存在这样的风险，即海藻糖的积累可能会对产物的质量和植物的代谢系统产生不利的影响。另一方面，据认为上述WCH蛋白可能参与植物中水的流动，然而，迄今为止没有人提出通过使用这些蛋白质可以控制植物中的水含量。本专利技术简述在上述环境中已完成的本专利技术提供了通过将植物的WCH蛋白基因导入植物中以控制植物中的水含量的方法。本专利技术进一步地提供了通过上述方法产生，因此具有受控的水含量的植物。本专利技术进一步地提供了由于水含量得到控制而对干旱应力和/或盐应力具有改善的耐受力的植物。详细描述现在将要更详细地描述本专利技术。本专利技术的特征在于将植物的WCH蛋白基因导入植物中，从而控制由此转化的植物中的水含量。本专利技术中所用的植物WCH蛋白包括位于质膜的WCH蛋白和位于液泡膜的WCH蛋白。尽管编码这两种类型蛋白质的基因都可以用于本专利技术，但优选使用位于质膜的WCH蛋白的基因。如上所述，已知编码多种来源的位于质膜的WCH蛋白的基因，所述来源如豌豆，拟南芥，番茄，Mesembryanthemum crystallinum(龙须海棠属的一种植物)，谷物，水稻，球茎甘蓝，大豆，大麦等，这些已知的基因可被用于本专利技术，然而，能用于本专利技术的WCH蛋白基因并不局限于此，只是优选位于质膜的WCH蛋白的基因。至于得到位于质膜的WCH蛋白的基因的方法，下文实施例中将描述得到来自Mesembryanthemum crystallinum(龙须海棠属的一种植物)的基因的方法。另外，通过参考下列文献，可得到来自其它植物的基因。(1)豌豆(Pisum sativum)(植物分子生物学，15,11-26(1990))。(2)拟南芥(植物细胞生理学，33,217-224(1992)；植物分子生物学，23,1187-1198(1993)；植物学杂志，6,187-199(1994))。(3)番茄(植物分子生物学，24,539-543(1994))。可以以遗传密码在有义方向或反义方向都被翻译的方式将编码本专利技术所用的植物WCH蛋白的基因有效地(operatively)导入植物。为了增强植物在水应力下保持水的能力，本专利技术优选将基因以有义方向导入植物，然而，在某些情况下，预期植物中水流动的减少对植物是有利的，因此需要以反义的方向导入基因，这取决于应力的强度，计时或类型。优选本专利技术中以有义方向导入植物中的，编码植物WCH蛋白的基因为衍生自能耐受盐应力或干旱应力的植物中的基因，也优选衍生自Mesembryanthemum crystallinum(龙须海棠属的一种植物)的基因。另一方面，当基因以反义方向导入植物中时，优选被转化的植物的种尽可能地与从中得到基因的种接近。也优选基因与被转化的植物的种相同。当以反义方向导入基因时，并不总需要导入整个基因，即在一些情况下，通过使用基因的区段即可获得足够的效果，因此，当在本专利技术中以反义方向导入基因时，需要至少使用基因的一部分。至于本专利技术中所用的表达启动子，可使用任何已知的启动子，例如，可使用那些具有强的转录功能并能在任何细胞中诱导基因表达的启动子(35S,19S,nos等)，那些对光敏感的(rbc等)，对温度敏感的(hsp等)，对激素敏感的启动子和那些在特异性组织中有活性的启动子。特别优选的是强启动子，如35S。在本专利技术中，不需要使用任何特殊的方法以有义方向或反义方向将WCH蛋白基因导入欲被转化的植物，即可使用任何通常用于转化植物的方法。作为例子，本文将描述使用农杆菌属细菌的叶盘法(leaf disk)。以有义方向或反义方向将WCH蛋白基因插入适当的植物表达载体中，然后将载体导入属于农杆菌属的细菌。将取自欲被转化之植物的无菌叶的叶盘浸入含有该细菌的培养基中，形成愈伤组织之后，选择发生了转化的愈伤组织，培养之以得到被转化的植物。例如，通过在培养基中加入适当的抗生素以形成愈伤组织，并选择能耐受抗生素的愈伤组织即可进行被转化植物的选择。使用农杆菌属细菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制植物的水含量的方法，其特征在于将编码植物水通道蛋白的基因有效地导入植物中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山田茂裕，
申请(专利权)人：日本烟草产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]