具有提高的环境胁迫耐受性和／或抗性和提高的生物量生产的植物细胞和植物制造技术

本发明专利技术总体上涉及包含失活或下调的基因的转化植物细胞和植物，与未转化的野生型细胞相比较，所述失活或下调的基因导致提高的环境胁迫耐受性和／或抗性和提高的生物量生产，并涉及产生此类植物细胞或植物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有提高的环境胁迫耐受性和/或抗性和提高的生物量生产的植物细胞和植物 本专利技术总体上涉及包含失活或下调的基因的转化植物细胞和植物，其中与未转化的野生型细胞相比时，所述失活或下调的基因产生提高的环境胁迫耐受性和/或抗性和提高的生物量生产，并涉及产生此类植物细胞或植物的方法。 特别地，本专利技术涉及适合在水缺乏条件下生长的植物。 本专利技术也涉及产生并筛选此类植物细胞或植物和对其育种的方法。 在田间条件下，植物性能就生长、发育、生物量积累和产量而言取决于对环境变化和胁迫的适应性。非生物性环境胁迫如干旱胁迫、盐度胁迫、热胁迫和寒冷胁迫是植物生长和生产力的主要限制性因素(Boyer. 1982. Science 218， 443-448)。暴露于热和/或少水或干旱条件的植物一般具有低产量的植物材料、种子、果实和其他可食用产物。由这些胁迫所致的主要作物如稻、玉米(maize)(谷物(corn))和小麦的作物损失和作物产量损失代表了重要的经济和政治因素并且在许多欠发达及第三世界国家造成食品短缺。 干旱、热、冷和盐胁迫具有对于植物生长而言重要的共同主题，即水分有效性。植物在其生活周期期间一般暴露于环境水分有效性降低的条件。大多数植物已经进化出针对这些少水或干燥条件保护自身的策略。但是，如果干旱环境过于严重且持续时间太长，则对大多数作物植物的植物发育、生长、和产量的影响严重。连续暴露于干旱造成植物代谢方面的重大改变。这些在植物上的重大变化最终导致细胞死亡并且因而造成产量损失。 开发胁迫耐受性和/或抗性植物是具有解决或至少促成解决这些问题中某些问题的潜力的一项策略(McKersie禾口 Leshem， 1994. Stress and Stress Coping inCultivated Plants, Kluwer AcademicPublishers)。但是，开发针对这些类型胁迫表现抗性(耐受性)的新植物品系的传统植物育种策略是进展相对缓慢的并且需要特定抗性品系用于与所需品系杂交。相对于胁迫耐受性的有限种质资源以及远缘相关植物种之间杂交的不兼容性代表了常规育种中遭遇的主要问题。此外，引起干旱、寒冷和盐耐受性和/或抗性的细胞过程在本质上是复杂的并且涉及细胞适应性的多种机制和许多代谢途径(McKersie禾口 Leshem，1994. Stress andStress Coping in Cultivated Plants, Kluwer AcademicPublishers)。胁迫耐受性和/或抗性的这种多因素性质不仅导致耐受性育种过程基本上不成功，而且还限制了使用生物技术方法遗传改造胁迫耐受性植物的能力。 植物在其生活周期期间还暴露于热、寒冷和盐胁迫。其保护策略与针对干旱抗性的那些策略相似。因为在某些土壤中的高盐含量导致细胞摄取可用的水更少，因而它的作用与干旱条件下观察到的那些作用相似。此外，在冰冻温度下，植物细胞因始于质外体并从共质体抽取水分的冰形成而失水(McKersie和Leshem， 1994. Stress and StressCoping inCultivated Plants, Kluwer Academic Publishers)。 在生理学上，这些胁迫也是相互联系的并可以诱导相似的细胞损伤。例如干旱和盐胁迫主要表现为渗透胁迫，导致细胞中内环境稳定的破坏和离子分布的破坏(Serrano等人，1999 ;Zhu， 2001a ;Wang等人，2003)。经常伴随高温、盐度或干旱胁迫的氧化胁迫可以引起功能性蛋白和结构蛋白变性(Smirnoff, 1998。因此，这些非生物性胁迫经常激活相似的信号途径(Shinozaki和Ymaguchi-Shinozaki， 2000 ;Knight和Knight， 2001 ;Zhu 2001b，2002)和细胞应答，例如 产生某些胁迫蛋白质、抗氧化剂和相容的溶质(Vierling和Kimpel， 1992 ;Zhu等人，1997 ; Cushman禾口 Boh證t， 2000)。 从WO 2004/092349A和WO 2006/032707已知因基因敲除而具有提高的非生物性 胁迫抗性的植物。通常，经转化的和胁迫抗性的植物显示较慢的生长和降低的生物量，原因 是生长速率降低(Serrano等人)，这是植物的发育和生理学不平衡所致，因而具有明显的 适应性成本(Kasuga等人，1999， Danby和Gehring等人，2005)。尽管维持了基础代谢功能， 这仍导致严重的生物量和产量损失。有时，根/茎干重比随着植物的水胁迫发展而提高。这 种提高大多因茎干重相对降低所致。种子产量对地上部分干重的比率在许多环境条件下是 相对稳定的并且因而经常可以获得植物大小与谷物产量之间的强相关。这些过程是内在关 联的，因为谷物生物量的大部分取决于植物叶和茎当前储备的光合生产能力。因此，选择植 物大小(甚至在发育早期)已经用作未来产能的指示物。在一些情况下(US20060037108)， 通过停水6至8日进行干旱处理后观察到提高的生物量，主要地是更大的苗生物量。 当前研究的结果表明干旱耐受性和/或抗性是复杂的数量性状并且实际的特征 标志仍没未获得。机理性理解的这种缺乏导致难以设计转基因方法以改善水胁迫耐受性和 /或抗性。通过使用微阵列技术鉴定到表达依赖于不同胁迫条件下植物生长的植物胁迫调 节型基因并且在W0 03/000898 Al、 W0 02/16655 A、 W0 02/22675 A2和W0 03/008540 A2 中公开。认为鉴定这些植物基因会有助于赋予植物选择优势，例如通过提高针对细菌性或 真菌性病原体感染的抗性、除草剂抗性、昆虫抗性、环境或胁迫抗性和疾病抗性而更好地繁 殖、发育、生长、存活。另外，也可能分别增强谷物组成或品质，例如几种限制性氨基酸、含油 量、淀粉含量、色素形成、维生素。但是，没有形成缺失(或分别敲除)所述基因的实用方 法。因此，本公开涉及胁迫条件对植物的后果，不过没有参与植物胁迫抗性的证据。根据W0 03/020015 A2，在拟南芥(A. thaliana)C24中通过缺失或通过失活(诱变或反义)表达编 码9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶双加氧酶的nced3基因，还通过过量表达该基因展示了 提高的盐抗性。与其盐抗性相反，突变植物对土壤脱水比野生型植物敏感得多。 在当前，已知许多遗传学和生物技术方法以获得低水分有效性条件下的植物生 长。仍需要鉴定在胁迫耐受性植物中表达的基因，所述基因具有向其宿主植物和向其 他植物物种赋予胁迫抗性的能力，尤其赋予、优选在缺水条件下引起提高的环境胁迫耐受 性和/或抗性和赋予提高的生物量生产的能力。本专利技术的一个目的是鉴定在植物或植物细 胞赋予胁迫耐受性和/或抗性的新方法。非生物性胁迫现象的复杂性状导致遗传优化困 难。但是，修饰单个基因例如转录因子或反向转运蛋白在几种情况下导致胁迫耐受性明显 提高(Wang等人，2003)。本专利技术的另一个目的还是提供植物，其中与相应的非转化野生型植物相比较而 言，所述植物抵抗干旱至少1.0日、优选1.5日缺水时间，并且在少水或脱水条件下额外地 表现相等的、优选地表现提高的生物量生产。总而言之，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生与相应的非转化野生型植物相比较而言环境胁迫耐受性和／或抗性提高和生物量生产提高的转基因植物的方法，所述方法包括以下步骤：ａ）降低、阻抑或缺失植物细胞、植物或其部分中一种或多种选自以下的活性：１－磷脂酰肌醇４－激酶、氨基酸通透酶（ＡＡＰ１）、Ａｔ３ｇ５５９９０蛋白、Ａｔ５ｇ４０５９０蛋白、ＡＴＰ依赖性肽酶／ＡＴＰ酶／核苷三磷酸酶／丝氨酸型内肽酶、含有ＤＣ１结构域的蛋白质／蛋白质结合蛋白／锌离子结合蛋白、ＤＮＡ结合蛋白／转录因子、水裂解酶／乌头酸水合酶、金属外肽酶（ＭＡＰ１Ｃ）、甲基转移酶、硝酸盐转运蛋白（ＡＴＮＲＴ２．３）、硝酸盐／氯酸盐转运蛋白（ＮＲＴ１．１）、果胶酸裂合酶蛋白／白粉病易感蛋白（ＰＭＲ６）、肽酶／遍在蛋白－蛋白质连接酶／锌离子结合蛋白（ＪＲ７００）、质子依赖性寡肽转运蛋白、转录因子、和遍在蛋白缀合酶／遍在蛋白样活化酶，和ｂ）产生与相应的非转化野生型植物相比较而言环境胁迫耐受性和／或抗性提高和生物量生产提高的转化植物并在允许植物发育的条件下培育。

【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：P普齐奥，O布莱辛，O蒂姆，
申请(专利权)人：巴斯夫植物科学有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]