控制植物开花制造技术

本发明专利技术涉及具有改变的花性别(FSL)多肽活性水平的植物和植物部分，以及基于改变的FSL多肽活性和/或FSL基因座基因型控制植物花性别表型的方法。还提供了产生种子败育型和/或单性结实的无核果实的新植物及其生产方法。单性结实的无核果实的新植物及其生产方法。单性结实的无核果实的新植物及其生产方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制植物开花
[0001]相关申请数据
[0002]本申请要求2019年6月28日提交的澳大利亚临时申请2019902304号和2019年7月12日提交的澳大利亚临时申请2019902483号的优先权，其各自全部内容通过引用整体并入本文。


[0003]本专利技术涉及具有改变的花性别(FSL)多肽活性水平的植物和植物部分，以及基于改变的FSL多肽活性和/或FSL基因座基因型控制植物花性别表型的方法。还提供了产生种子败育型和/或单性结实的无核果实的新植物及其生产方法。

技术介绍

[0004]花性别
[0005]野生葡萄藤植物，有时称为酿酒葡萄(Vitis sylvestris)，是雌雄异体的，意味着该植物具有雄性花或雌性花。野生植物花一旦到达冠层顶部并暴露于强光，产生大量小簇花(Carmona等人，2008)。由野生葡萄藤雌性植物产生的浆果小且为小簇。由葡萄属物种产生的单性花仍然具有相反性别的萎缩器管。栽培葡萄藤植物是雌雄同体。商业葡萄园具有带雌雄同体花的植物，其中自花受精(自花授粉)被认为是授粉的主要途径。
[0006]通过观察需要开花的成熟植物和甚至随后的成熟花的物理特征来鉴定花的性别。雄性花具有直立雄蕊、有活力的花粉和发育不全的小的无功能的心皮。雌雄同体花具有直立雄蕊、有活力的花粉和功能性心皮。雌性花的特征在于功能性心皮和反折的雄蕊以及不发芽的不育花粉(Carmona等人2008)。仅有雌性花的雌雄异体植物通常具有较低的用于果实生产的商业价值，因为它们需要附近的雄性或雌雄同体植物提供花粉以结实果实(Battilana等人，2013)。花型在花发育的早期阶段遵循双性发育模式，在晚期阶段通过器官败育产生单性，当所有花器官的成熟发生时(Pannell，2017)，这似乎适用于开花植物，并且假定已经随着花的起源而进化(Chanderbali等人，2010)。
[0007]花的性别仍然是商业上感兴趣的，因为它可能是育种以及生产和作物产量(例如种子收集或果实大小、每株植物的果实产量)的问题。在一些物种中，雌性花与雄性花的比例是低产的原因(Mao等人2017
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在Vernicia fordii(油桐)中)。玉米(Zea mays)、黄瓜(Cucumis sativus)和甜瓜(Cucumis melo)是雌雄同株的植物，其已经经历了重要的研究和开发(Tanurdzic和Banks 2004)以成为用于食物和饲料的重要作物。在不同植物上具有雄性和雌性花的雌雄异体植物包括白花蝇子草(Silene latifolia)、番木瓜(Carica papaya)、大麻(Cannabis sativa)和山木兰(Mercurialis annua)(Mao等人，2017)。
[0008]植物花的性别可受环境条件、遗传突变或激素应用的影响或控制，因此认为植物的性身份是定量的(Pannell 2017)。在葫芦科家族中，性别表达受遗传、激素和环境因素的网络控制。黄瓜(Cucumis sativus)是一种被培育成全雌系以通过仅产生雌性花来提高产量的作物。性表达被认为是由F基因座和M基因座控制的，F基因座调节雌性花的表达，M基因
座被认为调节两性花的表达(Yamasaki等人，2001)。性表达能够受植物激素如乙烯和环境刺激调节。在西瓜中，全雌系(gy)、雄性花两性花同株(a)和三性花同株(tm)基因座控制性形式的遗传(Ji等人，2015)。在遗传水平上，通过三对基因的组合来控制黄瓜、甜瓜和西瓜的性别决定。雌雄同株的黄瓜由1
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氨基环丙烷
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羧酸合酶(ACS)基因控制，该基因在鲤鱼中特异性表达并参与雌性花中雄蕊发育的停滞(Manzano等人，2011)。该基因及其家族成员类似地控制具有在乙烯生物合成中的限速酶的西瓜中的花性别，(Ji等人，2016)，导致两性花(CsACS11/CsACS2)的功能丧失或促进雌性花(CsACS1G)以及与转录因子(CmWIP1)相互作用以影响植物表达全雌系或雌雄同体花(Ji等人，2017)中起作用。
[0009]乙烯生物合成酶1
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氨基环丙烷
‑1‑
羧酸合酶(ACS)在影响雌性花在雌雄同株的、雄性花两性花同株的和全雌系同体黄瓜植物中的表达中具有关键作用(Yamasaki等人2000；Yamasaki等人2001)。发现CS
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ACS2仅在全雌系黄瓜植物中表达，并且负责引起更高水平的乙烯产生并由F基因座调节(Yamasaki等人2001)。乙烯是促进甜瓜和黄瓜雌性花发育的主要激素，而赤霉素在这些植物中具有相反的作用(Yamasaki等人2005)。与对葫芦物种(黄瓜、甜瓜和南瓜)的雌性化效应相反，乙烯在西瓜中具有雄性化效应(Manzano等人，2011)。Jie等人(2017)进一步证明了乙烯和乙烯竞争剂，赤霉素和硝酸银与在黄瓜中公开的反应相比在西瓜的不同遗传背景中的作用。这些结果表明激素产生和应答具有显著的相互作用和对植物遗传学的依赖，但这仍有待完全阐明(Jie等人2017)。
[0010]控制或改变花的性别在育种和开发杂种或种群中具有实际应用。自从Peterson和Anhder(1960)报道了赤霉素在黄瓜中的雄性化作用，它已被广泛用于在所有雌性黄瓜栽培品种中保持全雌系的育种品系和产生种子。这种全雌系自交品系降低了育种和开发成本，可以维持或提供产量提高和种子质量。
[0011]虽然有性表型的决定因素是多样的，但是仍然不清楚这些基因的表达变化是否是器官性别决定的原因或结果。因此有需要显示雌性发育的特定雄性是否是主性控制基因的下游调控基因。在葡萄属中，激素可以改变花的性发育，并且细胞分裂素已经显示在该过程中起主要作用(Negi和Olmo，1966，1971；Zhang等人，2013)。
[0012]在葡萄属物种的葡萄藤中，花性别基因座与连锁群2(LG2)的位置先前由Dalbo等人(2000)和Riaz等人(2006)提出位于染色体2上接近遗传标记VviS3。Chaib等人(2010)在微葡萄藤和微小葡萄藤群体中进行了证实。Fetcher等人，(2012)鉴定了编码腺嘌呤磷酸核糖基转移酶的VviAPRT，其作为区分雌性和雄性/雌雄同体植物的标志物。Fetcher等人，(2012)预测了11个基因，并且报道了腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(APRT，现在称为APRT3)在确定葡萄藤花的性别中具有关键作用，并且其表达与雌性花一致。然而，Coito等人(2017)发现APRT3区分了雄性和雌性以及雌雄同体植物，提出了包括第三个未知基因的模型。赤霉素(GA)被认为是促进黄瓜雄性花产生和抑制雌性花发育的乙烯竞争剂(Friedlander等人，1977)。
[0013]尽管已经提出许多候选基因作为葡萄藤中花性别的遗传控制剂，但是控制花性别的基因仍然是未知的。
[0014]无核葡萄
[0015]“无核”鲜食葡萄品种由于花受精和种子开始发育，但在早期(即败本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种与具有赋予雄性或雌雄同体花表型的FSL基因座基因型的相应植物或其部分相比具有改变的花性别(FSL)多肽活性水平的植物或其部分。2.根据权利要求1所述的植物或其部分，其中：赋予雌雄同体花表型的FSL基因座基因型包括编码所述FSL多肽的所述FSL基因座的雌雄同体等位基因，所述FSL多肽包括SEQ ID NO：1所示氨基酸序列，其生物活性片段或与SEQ ID NO：1所示序列具有至少40％同一性的氨基酸序列；和赋予雄性花表型的FSL基因座基因型包括编码所述FSL多肽的所述FSL基因座的雄性等位基因，所述FSL多肽包括SEQ ID NO：3所示氨基酸序列，其生物活性片段或与SEQ ID NO：3所示序列具有至少40％同一性的氨基酸序列。3.根据权利要求1所述的植物或其部分，其中：所述FSL基因座的雌雄同体等位基因编码包括SEQ ID NO：1所示氨基酸序列的所述FSL多肽或其生物活性片段；和所述FSL基因座的雄性等位基因编码包括SEQ ID NO：3所示氨基酸序列的所述FSL多肽或其生物活性片段。4.根据权利要求1至3中任一项所述的植物或其部分，其包括含有编码所述FSL多肽的多核苷酸序列的FSL基因座，其中所述多核苷酸序列相对于野生型FSL基因座等位基因的相应多核苷酸序列被修饰，所述野生型FSL基因座等位基因在表达时赋予雄性花或雌雄同体花表型。5.根据权利要求4所述的植物或其部分，其中，编码所述FSL基因座的植物富含AT序列和锌结合(PLATZ)结构域的所述多核苷酸序列的区域被修饰。6.根据权利要求4或5所述的植物或其部分，其中，编码所述FSL多肽的所述多核苷酸序列相对于表达时赋予雄性花或雌雄同体花表型的FSL基因座等位基因的所述相应多核苷酸序列包括一个或多个核苷酸添加、缺失或替换。7.根据权利要求1至6中任一项所述的植物或其部分，其中，相对于相应野生型植物或其部分中FSL多肽活性的水平，所述植物或植物部分中的FSL多肽活性降低。8.根据权利要求1至7中任一项所述的植物或其部分，其中，所述FSL多肽的所述改变的活性导致所述植物花的雄性生殖部分缺失或无功能。9.一种产生无核果实的植物或其部分，所述植物包括：(i)赋予植物矮态型的多核苷酸；和(ii)赋予雌性花表型的雌性等位基因(f/f)纯合的花性别(FSL)基因座。10.根据权利要求9所述的植物或其部分，其中，所述FSL基因座具有包括SEQ ID NO：5所示序列或与其具有至少70％序列的ORF，条件是对应于SEQ ID NO：5所示序列的位置621的所述核苷酸是A。11.根据权利要求1至8中任一项所述的植物或其部分，包括赋予所述植物矮态型的多核苷酸。12.根据权利要求9至11中任一项所述的植物或其部分，其中，赋予矮态型的所述多核苷酸相对于所述相应的野生型多核苷酸序列被改变。13.根据权利要求9至12中任一项所述的植物或其部分，其中，赋予矮态型的所述多核苷酸是所述赤霉酸不敏感(GAI1)基因或其片段的变体。
14.根据权利要求13所述的植物或其部分，其中，赋予植物矮态型的所述GAI1基因或其片段的所述变体在编码DELLA结构域的所述区域中包括一个或多个突变。15.根据权利要求13或14所述的植物或其部分，其中，所述GAI1基因或其片段的所述变体以纯合(GAI1/GAI1)或杂合(GAI1/Gai1)状态存在。16.根据权利要求13至15中任一项所述的植物或其部分，其中，所述GAI1基因编码GAI1蛋白，所述GAI1蛋白包括SEQ ID NO：8中所示的氨基酸序列或与SEQ ID NO：8中所示的保留其GA信号转导功能的序列具有至少90％同一性的氨基酸序列，并且其中所述GAI1基因的所述变体编码变体GAI1蛋白，所述变体GAI1蛋白包括SEQ ID NO：9中所示的氨基酸序列或与SEQ ID NO：9中所示的序列具有至少90％同一性的氨基酸序列，条件是所述变体GAI1蛋白的所述氨基酸序列在相对于SEQ ID NO：8中所示的所述序列的位置38处包括Leu至His的替换。17.根据权利要求13至15中任一项所述的植物或其部分，其中，所述GAI1基因编码GAI1蛋白，所述GAI1蛋白包括SEQ ID NO：8中所示的氨基酸序列或与SEQ ID NO：8中所示的保留其所述GA信号转导功能的序列具有至少90％同一性的氨基酸序列，并且其中所述GAI1基因的所述变体编码其中DELLA结构域缺失、截短或改变的变体GAI1蛋白。18.根据权利要求9至17中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物在花未授粉时产生单性结实的无核果实，在花用有活力的花粉授粉时产生含种子的果实。19.根据权利要求9至18中任一项所述的植物或其部分，包括赋予无籽果实的多核苷酸。20.根据权利要求19所述的植物或其部分，其中，所述赋予无籽果实的所述多核苷酸是所述葡萄MADS盒蛋白5(VvMADS5)基因座的变体。21.根据权利要求20所述的植物或其部分，其中，所述VvMADS5基因座编码VvMADS5蛋白，所述VvMADS5蛋白包括SEQ ID NO：10中所示的氨基酸序列或与SEQ ID NO：10中所示保留其所述生物学功能的序列具有至少90％同一性的氨基酸序列，并且其中所述变体VvMADS5蛋白包括SEQ ID NO：11中所示的氨基酸序列或与SEQ ID NO：11中所示的序列具有至少90％同一性的氨基酸序列，条件是所述变体VvMADS5蛋白的所述氨基酸序列相对于SEQ ID NO：10中所示的序列包括R197L替换。22.根据权利要求20所述的植物或其部分，其中，所述变体VvMADS5基因座包括导致所述VvMADS5蛋白缺失或截短的一个或多个突变。23.根据权利要求20至22中任一项所述的植物或其部分，其中，赋予无籽果实的所述变体VvMADS5基因座以纯合或杂合状态存在。24.根据权利要求19至23中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物在花未授粉时产生单性结实的无核果实，在花用有活力的花粉授粉时产生种子败育型果实。25.一种产生无核果实的植物或其部分，所述植物包括：(i)花性别(FSL)基因座基因型，其对于雌性FSL基因座等位基因和雌雄同体FSL基因座等位基因(FSL/fsl)是杂合的，或对于雌雄同体FSL基因座等位基因(FSL/FSL)是纯合的；(ii)赋予植物矮态型的多核苷酸；和(iii)赋予无籽果实的多核苷酸。26.根据权利要求1至25中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物是雌雄异体植
物物种。27.根据权利要求1至25中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物是雌雄同体植物物种。28.根据权利要求1至27中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物是产生果实的植物。29.根据权利要求1至28中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物是葡萄属物种。30.根据权利要求1至29中任一项所述的植物或其部分，其中，所述植物部分是果实、根、茎、接穗、插条、细胞、种子和种子部分。31.一种控制植物中花性别的方法，所述方法包括与具有赋予雄性或雌雄同体花表型的FSL基因座基因型的相应植物或其部分中的FSL多肽活性水平相比，改变所述植物或其部分中的花性别(FSL)多肽活性水平。32.根据权利要求31所述的方法，其中：赋予雌雄同体花表型的FSL基因座基因型包括编码所述FSL多肽的所述FSL基因座的雌雄同体等位基因，所述FSL多肽包括SEQ ID NO：1所示氨基酸序列，其生物活性片段或与SEQ ID NO：1所示序列具有至少40％同一性的氨基酸序列；和赋予雄性花表型的FSL基因座基因型包括编码所述FSL多肽的所述FSL基因座的雄性等位基因，所述FSL多肽包括SEQ ID NO：3所示氨基酸序列，其生物活性片段或与SEQ ID NO：3所示序列具有至少40％同一性的氨基酸序列。33.根据权利要求32所述的方法，其中：所述FSL基因座的雌雄同体等位基因编码包括SEQ ID NO：1所示氨基酸序列的所述FSL多肽或其生物活性片段；和所述FSL基因座的雄性等位基因编码包括SEQ ID NO：3所示氨基酸序列的所述FSL多肽或其生物活性片段。34.根据权利要求31至33中任一项所述的方法，其中，FSL多肽活性水平改变的植物或植物部分包括含有SEQ ID NO：2所示氨基酸序列，其生物活性片段或与SEQ ID NO：2所示序列具有至少40％同一性的氨基酸序列的FSL多肽。35.根据权利要求31至34中任一项所述的方法，包括修饰包括编码所述FSL多肽或其生物活性片段的多核苷酸序列的FSL基因座。36.根据权利要求35所述的方法，包括修饰所述FSL基因座内编码植物富含...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：