甲基营养型芽孢杆菌菌株和使用所述菌株提高植物抗旱性的方法技术

描述了一种提高植物抗旱性的方法，所述方法包括以有效量将甲基营养型芽孢杆菌或其组合物施加于(i)所述植物或植物部分；和/或(ii)所述植物或植物部分周围的区域，所述有效量在所述植物中产生与在没有所述施加甲基营养型芽孢杆菌或组合物的情况下所述植物的干旱胁迫抗性相比提高的抗旱性。还描述了1‑氨基环丙烷‑1‑羧酸(ACC)脱氨酶缺陷型甲基营养型芽孢杆菌细菌菌株的生物纯培养物或其能够在植物中诱导抗旱性的突变体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】甲基营养型芽孢杆菌菌株和使用所述菌株提高植物抗旱性的方法相关申请的交叉引用本申请是于2015年7月24日提交的PCT申请序列号PCT/CA2015/*，并且其按照PCT第21(2)条以英文公布，其本身要求2014年7月24日提交的美国临时申请序列号US62/028,578、2015年3月9日提交的美国临时申请序列号US62/130,263以及于2015年5月29日提交的美国临时申请序列号US62/167,919的权益。上述所有文献通过引用方式以其整体并入本文。关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用。
本公开涉及甲基营养型芽孢杆菌(Bacillusmethylotrophicus)的用途和用于提高植物抗旱性的方法和新型甲基营养型芽孢杆菌。具体而言，本公开的实施方案涉及将甲基营养型芽孢杆菌施用于单子叶植物以使它们对干旱相关的胁迫具有抗性。所得植物可用于生产人类粮食作物、生物燃料、生物质和动物饲料。参考序列表根据37C.F.R.1.821(c)，序列表作为命名为11168_409_Seq_list_ST25.txt的ASCII兼容文本文件与本文一起提交，该文件创建于2015年7月24日并且具有～4.9千字节大小。上述文件的内容据此通过引用的方式以其整体并入。
技术介绍
促进植物生长的细菌(PGB)主要是能够定殖植物根部，但是其中一些具有定殖植物器官内部组织的能力的土壤和根际来源的生物体。认为这些是内生菌(Hardoim等人2008)。与定殖模式无关，PGB通过物理和化学变化积极地影响植物生长或减少病害和非生物胁迫易感性(Dimkpa，Weinand等人2009；Calvo，Nelson等人2014)。已经在许多研究中报道了PGB介导的植物胁迫抗性，并且已经使用分子方法鉴定了由各种胁迫条件诱导的许多基因(Timmusk和Wagner1999；Zhang和Outlaw2001；Sziderics，Rasche等人2007；Gagne-Bourque，Aliferis等人2013；Kasim，Osman等人2013；Gagné-Bourque，Mayer等人2015)。包括PGB在内的根际微生物适应于不利条件，并且可以补偿这种有害条件(Vivas，Marulanda等人2003；Marulanda，Barea等人2009；Marulanda，Azcón等人2010)，并保护植物免受干旱的有害影响，从而在干旱条件下增加作物生产力。内生细菌可能比根际细菌更重要，因为它们逃避与根际微生物的竞争并实现与植物组织的紧密接触。已经发现几种PGB会增加小麦、玉米、莴苣、豆类的抗旱性(Creus,Sueldo等人2004；Figueiredo,Burity等人2008；Marulanda,Barea等人2009；Vardharajula,ZulfikarAli等人2011；El-Afry,El-Nady等人2012；Naveed,Mitter等人2014)。已经提出了在植物中微生物诱导的胁迫耐受性(IST)背后的多种机制(Yang，Kloepper等人2009)。已知一些PGB促进根发育，从而通过额外产生植物激素、吲哚乙酸(IAA)、赤霉酸(GA)和细胞分裂素来提高植物吸水效力(Boiero，Perrig等人2007；Gagné-Bourque，Mayer等人，2015)。在胁迫条件下总根系的增加是最常报道的在各种作物中由PGB接种介导的植物应答(Lucy，Reed等人2004；Wani和Khan2010；Kasim，Osman等人2013)。在使更大的根系发育以优化水提取和使失水减到最少方面投入更多的精力是众所周知的干旱避免机制，植物通过该机制设法延迟干旱的后果(Chaves，Maroco等人2003；Meister，Rajani等人2014)。其它产生1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶(Azevedo,MaccheroniJr.等人)，其通过减少乙烯生成在植物中赋予对干旱胁迫的IST(Saleem，Arshad等人2007；Zahir，Munir等人2008)。对干旱的系统耐受性的研究报告称用PGB接种通过干旱应答基因的转录增强(Sarma2014)、影响植物激素平衡(Figueiredo等人，2008)和糖积累(Sandhya等人，2010)增强了耐旱性。因此，一些可以诱导植物基因表达的改变，增加抗旱性相关基因如ERD15(脱水早期应答基因15)或DREB(脱水应答元件蛋白)(Timmusk和Wagner1999；Gagné-Bourque，Mayer等人2015)。PGB可以诱导代谢调节，导致几种有机溶质如可溶性糖、淀粉和氨基酸的调节。更具体地，内生菌增强具有较高和较快的胁迫相关代谢物积累的高羊茅、玉米和葡萄植物的干旱和寒冷耐受性(Vardharajula，ZulfikarAli等人2011；Fernandez，Theocharis等人2012；Nagabhyru，Dinkins等人2013)。通常，可溶性糖含量如蔗糖、葡萄糖和果糖以及棉子糖倾向于在不同的干旱植物物种类的叶片中保持或积累(Spollen和Nelson1994；Hare，Cress等人1998；Miazek，Bogdan等人2001；Taji，Ohsumi等人2002；Vardharajula，ZulfikarAli等人2011；Bowne，Erwin等人2012)。这是以淀粉显著下降为代价实现的(Chaves1991)。这些糖影响渗透调节，并且有助于保持稳态，允许植物保持其膨压，因此有助于在限水环境下的正常功能(Richardson，Chapman等人1992；Chaves，Maroco等人2003；Krasensky和Jonak2012)。此外，这些糖有助于维持氧化还原平衡并起到活性氧清除剂的作用(Couée，Sulmon等人2006)。干旱胁迫破坏叶片中的碳水化合物代谢和蔗糖水平，这导致输出率降低，大概是由于诱导的酸转化酶活性增加(Ruan，Jin等人，2010)。这可能阻碍蔗糖输出到库器官的速率。在水分胁迫过程中，蛋白质合成减慢，并且可能发生水解，促进可溶性氮化合物如氨基酸的增加(Farooq，Wahid等人2009；Krasensky和Jonak2012)。已显示在干旱胁迫植物中氨基酸水平增加(Bowne等人，2012)。代表典型PGB的芽孢杆菌属(Bacillus)的几种菌株定殖于根际，并且据报道通过发挥许多特征在许多作物中促进生长并增强生物和非生物胁迫耐受性，所述特征使得能够动用土壤养分并合成植物激素而不会赋予致病性((和Fraga1999；Saleem,Arshad等人2007；VanLoon2007；Hardoim,vanOverbeek等人2008；Ortíz-Castro,Valencia-Cantero等人2008；Niu,Liu等人2011；Wahyudi,Astuti等人2011；Truyens,Weyens等人2014；Lugtenberg和Kamilova2009)。提出的植物生长促进机制包括增加养分利用度、合成植物激素和生成挥发物(Ryu，Farag等人，2003；Farag，Ryu等人，2006本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高植物抗旱性的方法，所述方法包括以有效量将甲基营养型芽孢杆菌或其组合物施加于(i)所述植物或植物部分；和/或(ii)所述植物或植物部分周围的区域，所述有效量在所述植物中产生与在没有所述施加甲基营养型芽孢杆菌或组合物的情况下所述植物的干旱胁迫抗性相比提高的抗旱性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.24 US 62/028,578;2015.03.09 US 62/130,263;1.一种提高植物抗旱性的方法，所述方法包括以有效量将甲基营养型芽孢杆菌或其组合物施加于(i)所述植物或植物部分；和/或(ii)所述植物或植物部分周围的区域，所述有效量在所述植物中产生与在没有所述施加甲基营养型芽孢杆菌或组合物的情况下所述植物的干旱胁迫抗性相比提高的抗旱性。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌表现出以下一种或多种：(1)在所述植物的所有组织中以及在根际中形成持续内生菌群的能力；(2)避免触发植物免疫系统的能力；(3)在干旱条件下减少所述植物中的萎蔫迹象或增加所述植物的存活时间的能力；(4)增加所述植物中至少一种干旱应答基因的表达的能力；(5)增加所述植物中的淀粉的能力；(6)增加所述植物中的总可溶性糖的能力；(7)增加细菌化植物中DNA甲基化的能力；(8)增加所述植物中至少一种DNA甲基转移酶表达的能力；(9)维持或增加所述植物的作物生物量的能力；(10)维持或增加所述植物的光合作用的能力；(11)维持或增加所述植物的导水度的能力；(12)增加所述植物的根和/或芽中的总氨基酸含量的能力；(13)增加所述植物的根和/或芽中的氨基天冬酰胺、谷氨酸和/或谷氨酰胺含量的能力；和(14)增加所述植物的芽和/或根中的非蛋白质氨基酸GABA的能力。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌在干旱条件下表现出以下一种或多种：(3)在干旱条件下减少所述植物中的萎蔫迹象或增加所述植物的存活时间的能力；(4)增加所述植物中至少一种干旱应答基因的表达的能力；(5)增加所述植物中的淀粉的能力；(6)增加所述植物中的总可溶性糖的能力；(7)增加细菌化植物中DNA甲基化的能力；(8)增加所述植物中至少一种DNA甲基转移酶表达的能力；(9)维持或增加所述植物的作物生物量的能力；(10)维持或增加所述植物的光合作用的能力；(11)维持或增加所述植物的导水度的能力；(12)增加所述植物的根和/或芽中的总氨基酸含量的能力；(13)增加所述植物的根和/或芽中的氨基天冬酰胺、谷氨酸和/或谷氨酰胺含量的能力；和(14)增加所述植物的芽和/或根中的非蛋白质氨基酸GABA的能力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌表现出表1中定义的特征(23)至(31)中的一种或多种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌是1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶缺陷型。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述植物是禾本科植物。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述禾本科植物是粮食作物植物。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述有效量为约1×108CFU或更多/植物、植物部分或植物或植物部分周围的区域。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌在被所述甲基营养型芽孢杆菌感染的第二代植物的种子中。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌的组合物包含聚合物，其中所述聚合物与所述甲基营养型芽孢杆菌以10:1的比例混合并挤出。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物是豌豆蛋白和/或藻酸盐。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述甲基营养型芽孢杆菌是包含于2015年7月21日以登录号*保藏于ATCC的甲基营养型芽孢杆菌的所有生化特征的菌株，或从所述菌株分离并能够对所述植物诱导抗旱性的其突变体。13.一种1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶缺陷型甲基营养型芽孢杆菌细菌菌株的生物纯培养物或其能够在植物中诱导抗旱性的突...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·雅巴吉，F·加涅布尔克，
申请(专利权)人：皇家学术促进会麦吉尔大学，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA