具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法技术

本发明专利技术一般地涉及分子生物学领域，并涉及增强植物中多种具有经济重要性的产量相关性状的方法。更具体地，本发明专利技术涉及通过调节编码产量增强蛋白(Yield?Enhancing?Protein，YEP)的核酸在植物中的表达来增强植物中产量相关性状的方法。所述YEP选自液泡加工酶(Vacuolar?Processing?Enzyme，VPE)、CCA1样多肽或SAP样多肽或种子产量增强因子1(Seed?Yield?Promoting?Factor?1，SYPF1)多肽或者核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCO)活化酶(activase)(RCA)多肽。本发明专利技术还涉及已调节了编码如YEP之核酸的表达的植物，所述植物具有相对于对照植物而言增强的产量相关性状。本发明专利技术还提供可用于实施本发明专利技术方法的迄今未知的YEP编码核酸，以及包含所述核酸的构建体。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2007年12月21日、专利技术名称为“”的中国专利申请200780049885. 2 (国际申请号PCT/EP2007/064510)的分案申请。本专利技术一般地涉及分子生物学领域，并涉及增强植物中多种具有经济重要性的产量相关性状的方法。更具体地，本专利技术涉及通过调节编码产量增强蛋白(Yield EnhancingProtein, YEP)的核酸在植物中的表达来增强植物中产量相关性状的方法。所述YEP选自液泡加工酶(Yacuolar Processing_Enzyme, VPE) >CCA1样多肽、SAP样多肽、种子产量增强 因子I (Seed Yield Promoting Factor I, SYPFI)多妝和核酮糖-1，5_ 二憐酸羧化酶/加氧酶(guBis￡0)活化酶(activase) (RCA)多肽。本专利技术还涉及已调节了编码如YEP之核酸的表达的植物，所述植物具有相对于对照植物而言增强的产量相关性状。本专利技术还提供可用于实施本专利技术方法的迄今未知的YEP编码核酸，以及包含所述核酸的构建体。持续增长的世界人口和农业用可耕地供应萎缩刺激了有关增加农业效率的研究。常规的作物及园艺学改良手段利用选择育种技术来鉴定具有受欢迎特性的植物。然而，此类选择育种技术具有几个缺陷，即这些技术一般耗费很多劳动并且产生这样的植物，其经常含有异源性遗传组分，这可能不总是导致从亲代植物中传递的所希望性状。分子生物学进展已经允许人类改良动物及植物的种质。植物的遗传工程使得可以分离和操作遗传物质(一般处于DNA或RNA形式)并且随后引入该遗传物质至植物中。此类技术具有产生具备多种经济学、农学或园艺学改良性状的作物或植物的能力。具有特殊经济意义的性状是增加的产量。产量通常定义为作物产生的可测量的经济价值。这可以就数量和/或品质方面进行定义。产量直接取决于几个因素，例如器官的数目和大小、植物构造(例如枝的数目)、种子产生、叶衰老等。根发育、养分摄入量、胁迫耐性和早期萌发势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。因此，优化前述因素可以对增加作物产量有贡献。种子产量是特别重要的性状，这是因为许多植物的种子对于人类和动物营养而言至关重要。诸如玉米、稻、小麦、芸苔(canola)和大豆等作物占人类总卡路里摄取量的一半以上，不论是通过种子本身的直接消耗，还是通过由加工的种子所饲养的肉类产品的消耗。它们也是工业加工所用的糖类、油类和多类代谢物的来源。种子含有胚(新的枝条和根的来源)和胚乳(发芽和幼苗早期生长过程中胚生长的营养源)。种子的发育涉及许多基因，并且需要代谢物自根、叶和茎转移至正在生长的种子。特别是胚乳，同化糖类、油类和蛋白质的代谢前体，将其合成为贮存性高分子，以充盈谷粒。植物生物量为饲料作物如苜蓿、青贮谷物和干草的产量。在谷物作物中使用产量的许多替代参数。其中首要的是估算植物大小。根据物种以及发育阶段的不同，可以通过许多方法测量植物大小，但是包括植物总干重、地上干重、地上鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、莲座植物直径、叶长、根长、根生物量、分蘖数和叶数。许多物种在给定的发育阶段维持植物不同部分大小间的保守比。利用这些异速生长关系而对这些有关大小的测量结果进行由此及彼的外推(如Tittonell等2005 Agric Ecosys&Environ 105 :213)。早期发育阶段的植物大小通常将与晚期发育阶段的植物大小有关。具有更大叶面积的较大植物通常能够比较小的植物吸收更多的光和二氧化碳，因此很可能在同期增重更多(Fasoula&TolIenaar2005 Maydica50 :39)。除了植物所具有的最初达到较大大小的微环境或遗传优势的潜在延续，此为其附加效应。植物大小和生长速率存在着强遗传组分(如ter Steege等2005Plant Physiology 139 :1078),且迄今为止,种种多样化基因型植物在一种环境条件下的大小很可能与另一种环境条件下的大小有关(Hittalmani等2003 Theoretical AppliedGenetics 107 :679)。以这种方式，使用标准环境作为田地中作物在不同时间和地点所遭遇的多样化动态环境的替代参数。收获指数为种子产量与地上干重的比值，其在许多环境条件下相对稳定，因此在植物大小和谷物产量之间通常能够获得比较稳固的相关性(如Rebetzke等2002 CropScience 42:739)。这些方法固有地联系在一起，因为大多数谷物生物量取决于植物叶和莖当前或忙存的光合作用生产力(Gardener等1985 Physiology of Crop Plants. Iowa State University Press, pp68_73)。因此,对植物大小的选择,甚至是在发育早期阶段的选择，已经用作为未来潜在产量的指标(如Tittonell等2005 Agric Ecosys&Environ105 213)。当测试遗传差异对胁迫耐性的影响时，温室或植物培养室与田地相比具有固有的优势即能够使土壤性能、温度、水和营养的可用性以及光强度标准化。不过，因缺乏风力或昆虫导致不良授粉，或由于空间不足以让成熟根或冠层生长等等，对产量造成的这些人工局限性会限制这些控制环境在测试产量差异中的应用。因此，在培养室或温室标准条件下测量早期发育阶段的植物大小，是提供潜在遗传产量优势指标的标准方法。对许多作物而言具有经济重要性的另一'丨生状是早期萌发势(early vigour)。提高早期萌发势是温带及热带稻栽培种的现代稻育种计划中一个重要的目标。长的根对于水栽稻正确的土壤锚着是很重要的。在将稻直接播种到涝田里以及植物必须迅速从水中长出时，更长的根与萌发势相关。在进行条播(drill-seeding)时,更长的中胚轴和胚芽鞘对于良好的出苗是很重要的。早期萌发势还来自于提高的植物适应性，例如由于植物更好地适应其环境(即更能应对多种非生物或生物胁迫因素)。具有早期萌发势的植物还显示出更好的作物建立(作物以更均一的方式生长，即大部分植株基本同时达到各个发育阶段)，并显示更好的生长，并经常显示更高的产量。在植物中改造出早期萌发势的能力在农业中会极为重要，例如提高植物种子产量的能力，无论是通过种子数、种子生物量、种子发育、种子充盈度(seed filling)或者任何其他种子相关性状。除了在农业中的许多应用(包括产生观赏植物、造林、园艺和林业)以夕卜，增强产量相关性状还将具有许多非农业用途，例如利用生物技术生产物质，如药物、抗体或疫苗。提高产量还可用于产生用于生物反应器(用于利用生物技术生产物质，如药物、抗体或疫苗，或者用于有机废物的生物转化)和其他这些领域的藻类。意想不到的是，现在发现调节编码产量增强蛋白(YEP)的核酸在植物中的表达赋予植物相对于对照植物而言增强的产量相关性状，所述YEP选自液泡加工酶(VPE) XCAl样多肽、SAP样多肽、种子产量增强因子I(SYPFl)多肽和核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶活化酶(RuBisCO activase, RCA)多妝。
技术介绍
I.液泡加工酶(VPE)液泡加工酶(VPE)是半胱氨酸蛋白酶，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2006.12.21 EP 06126950.2;2006.12.21 EP 06126891.8;1.用于相对于对照植物增强植物中产量相关性状的方法，其包括调节编码液泡加工酶(VPE)的核酸在植物中的表达2.根据权利要求I的方法，其中所述调节的表达通过在植物中引入并表达编码VPE的核酸来实现。3.根据权利要求I或2的方法，其中所述VPE具有酶分类号EC3.4. 22. 34。4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述VPE具有胱天蛋白酶-I活性。5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述VPE是yVPE。6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述VPE具有以下特征 (a)用于插入内膜系统的信号肽； (b)N端抑制性结构域； (C)活性结构域； (d)C端抑制性结构域；和 (e)保守的组氨酸和半胱氨酸残基。7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述编码VPE的核酸以以下来表示表BI所示SEQ ID NO中的任一核酸或其部分，或者能与表BI所示SEQ ID NO中的任一核酸杂交的序列。8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述核酸序列编码表BI所示任一SEQ IDNO的直向同源物或旁系同源物。9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是相对于对照植物而目提闻的广量，优选提闻的种子广量。10.根据权利要求2至9中任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子有效连接，优选与GOS2启动子有效连接。11.根据权利要求2至9中任一项的方法，其中所述核酸与根特异性启动子有效连接，优选与RCC3启动子有效连接。12.根据权利要求2至9中任一项的方法，其中所述核酸与种子特异性启动子有效连接，优选与WSI18启动子有效连接，更优选与来自稻WSI18启动子有效连接。13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述编码VPE的核酸为植物来源，优选来自双子叶植物，还优选来自十字花科(Brassicaceae),更优选来自拟南芥属(Arabidopsis),最优选来自拟南芥(Arabidopsis thaliana)。14.可通过前述权利要求中任一项的方法获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码VPE的重组核酸。15.分离的核酸分子，其包含(i)SEQID NO 15USEQ ID NO 153,SEQ ID NO 155,SEQ IDNO :157、SEQ ID NO :159、SEQ ID NO: 161、SEQ ID NO: 163、SEQ IDNO : 165、SEQ ID NO: 167、SEQ ID NO: 169、SEQ IDNO 171所示核酸； (ii)(I)所示任一 SEQ ID NO的互补序列；(iii)编码VPE 的核酸，所述 VPE 与 SEQ ID NO 152, SEQ ID NO :154 和 SEQ ID NO:156、SEQ ID NO :158、SEQ ID NO :160、SEQ ID NO :162、SEQ ID NO :164、SEQ ID NO :166、SEQ ID NO :168, SEQ ID NO :170、SEQ ID NO :172所示任一氨基酸序列具有优选程度逐渐提高的至少 70%,75%,80%,85%,90%,95%,96%,97%,98%,99%^； 100%的序列同一性； (iv)能在严格条件下与上文(i)、(ii)或(iii)所示任一核酸杂交的核酸。16.分尚的多肽,其包含(i)SEQID NO 152, SEQ ID NO :154 和 SEQ ID NO : 156、SEQ IDNO :158、SEQ ID NO:160,SEQ ID NO :162,SEQ ID NO : 164、SEQ IDNO :166、SEQ ID NO 168,SEQ ID NO : 170、SEQID NO :172中任一项所示氨基酸序列；(ii)与SEQ ID NO :152、SEQ ID NO :154 和 SEQ ID NO :156、SEQID NO :158、SEQ IDNO :160,SEQ ID NO 162,SEQ ID NO :164、SEQID NO 166,SEQ ID NO 168,SEQ ID N0:170、SEQ ID勵172所示任一氨基酸序列具有优选程度逐渐提高的至少70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%或100%的序列同一性的氨基酸序列； (iii)上文(i)或(ii)所示任一氨基酸序列的衍生物。17.构建体，其包含 (i)编码VPE的核酸； (ii)能驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；以及任选的 (iii)转录终止序列。18.根据权利要求17的构建体，其中所述编码VPE的核酸是根据权利要求15的核酸。19.根据权利要求17或18的构建体，其中所述一种或多种控制序列是种子特异性启动子，优选WSI18启动子，更优选来自稻的WSI18启动子。20.根据权利要求17至19中任一项的构建体在产生与对照植物相比具有提高的产量，特别是提高的种子产量的植物的方法中的用途。21.转化有权利要求17至19中任一项的构建体的植物、植物部分或植物细胞。22.产生与对照植物相比具有提高的产量，特别是提高的种子产量的转基因植物的方法，其包括 (i)在植物中引入和表达编码VPE的核酸；和 (ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。23.由于编码VPE的核酸的表达提闻而与对照植物相比具有提闻的广量，特别是提闻的种子产量的转基因植物，或者来自所述转基因植物的转基因植物细胞。24.根据权利要求14、21或23的转基因植物或者来自所述转基因植物的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶植物或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、高粱和燕麦。25.根据权利要求24的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选为种子。26.来自根据权利要求24的植物和/或来自根据权利要求25的植物的可收获部分的女口广叩o27.编码VPE的核酸在植物中相对于对照植物而提高产量特别是提高种子产量中的用途。28.用于在植物中增强产量相关性状的方法，其包括调节编码CCAl样蛋白的核酸在植物中的表达，其中所述CCAl样蛋白的序列包含具有基序I (SEQ ID NO :141)和/或基序2(SEQ ID NO :142)的 SANT。29.根据权利要求28的方法，其中所述编码CCAl样蛋白的核酸是表A所示SEQID NO中的任一核酸或其部分，或者能与表A所示SEQ IDNO中的任一核酸杂交的序列。30.根据权利要求28或29的方法，其中所述受调节的表达通过T-DNA激活标签、TILLING、定点诱变、定向进化或同源重组的任何一种或多种实现。31.根据权利要求28或29的方法，其中所述受调节的表达通过在植物中引入并表达编码CCAl样蛋白的核酸而实现，并且其中所述CCAl样蛋白的序列包含具有基序I (SEQ IDNO :141)和 / 或基序 2 (SEQ ID NO :142)的 SANT。32.根据权利要求28至31中任一项的方法，其中所述CCAl样蛋白序列还包含以下至少一个基序 3 (SEQ ID NO :143)、基序 4 (SEQ ID NO :144)和基序 5 (SEQ ID NO :145)。33.根据权利要求28至32中任一项的方法，其中所述提高的种子产量包括以下任何一种或多种总种子产量、饱满种子数、种子饱满率、每个圆锥花序的花数、收获指数和千粒重。34.根据权利要求31至33中任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子有效连接，优选与G0S2启动子有效连接。35.根据权利要求28至34中任一项的方法，其中所述编码CCAl样蛋白的核酸为植物来源，优选来自双子叶植物，还优选来自十字花科，更优选来自拟南芥属，最优选来自拟南芥。36.可通过权利要求28至35中任一项的方法获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码CCAl样蛋白的重组核酸。37.构建体，其包含 (i)编码CCAl样蛋白的核酸，其中所述CCAl样蛋白的氨基酸序列包含具有基序I(SEQID NO :141)和 / 或基序 2 (SEQ ID NO :142)的 SANT 结构域； (ii)能驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；以及任选的 (iii)转录终止序列。38.根据权利要求37的构建体，其中所述一个或多个控制序列是至少为组成型启动子，优选G0S2启动子。39.根据权利要求37或38的构建体用于产生与对照植物相比具有提高的种子产量的植物的用途。40.转化有权利要求37或38的构建体的植物、植物部分或植物细胞。41.产生与对照植物相比具有增强的种子产量相关性状的转基因植物的方法，其包括 (i)在植物中引入和表达编码CCAl样蛋白的核酸，其中所述CCAl样蛋白的氨基酸序列包含具有基序I (SEQ ID NO :141)和/或基序2(SEQID NO :142)的SANT结构域；和 (ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。42.与适当的对照植物相比具有提高的种子产量的转基因植物，或来自所述转基因植物的植物细胞，所述提高的种子产量是由于编码CCAl样蛋白的核酸的表达提高，其中所述CCAl样蛋白的氨基酸序列包含具有基序I (SEQ ID NO :141)和/或基序2 (SEQ ID NO 142)的SANT结构域。43.根据权利要求36、40或42的转基因植物或者来自所述转基因植物的植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶植物或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、高粱和燕麦。44.根据权利要求43的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选为种子。45.来自根据权利要求43的植物和/或来自根据权利要求44的植物的可收获部分的产品。46.编码CCAl样蛋白的核酸用于在植物中增强种子产量相关性状中的用途，其中所述CCAl样蛋白的氨基酸序列包含具有基序I (SEQ ID NO :141)和/或基序2 (SEQ ID NO 142)的SANT结构域。47.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，其包括调节编码SAP样多肽的核酸在植物中的表达。48.根据权利要求47的方法，其中所述受调节的表达通过在植物中引入并表达编码SAP样多肽的核酸来实现。49.根据权利要求47或48的方法，其中所述SAP样多肽具有DNA结合活性。50.根据权利要求47至49中任一项的方法，其中所述SAP样多肽包含以下SAP结构域(i)基序I (SEQ ID NO :240) XLSSLKVXELRELAKSRGIKGYSKMKKXELVELLS，其中 X 是任何氨基酸；或 (ii)与基序I具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%或更高序列同一性的基序；或 (iii)与下述基序I具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或100%序列同一性的基序，所述基序I如其在SEQ ID NO :211中所显现的DLSTLKVTELRELAKSRGIKGYSKMKKNDLVELLS(SEQ ID NO :243)。51.根据权利要求50的方法，其中所述SAP样多肽包含(i)基序2 (SEQ ID NO :241)EKxEIVELFKKVQxxLRxRAxxKxExKxxxExAKAQxxxExxTVDSLLxLLRKHSxDQxKK,其中 X 是任何氨基酸；或 (ii)与基序2具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%或更高的序列同一性的基序；或 (iii)与下述基序2具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或100%的序列同一性的基序，其中所述基序2如其在SEQ ID NO :211中所显现的EKEIVELFKRVQAQLRARGKGKEEKKPEQAKAQGERGSVDSLLNLLRKHSVDQRRK(SEQ ID NO :244)；和/或； (iv)基序3 (SEQ ID NO :242) :RPxSxFxRRSPVP，其中 X 是任何氨基酸；或 (V)与基序3具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或更高的序列同一性的基序；或 (vi)与下述基序3具有优选程度逐渐提高的至少60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或100%的序列同一性的基序，其中所述基序3如其在SEQ ID NO :211中所显现的RPASNFRRRSPVP(SEQ IDNO :245)。52.根据权利要求47至50中任一项的方法，其中所述编码SAP样多肽的核酸由以下来表示表Cl所示SEQ ID NO中的任一核酸或其部分，或者能与表Cl所示SEQ ID NO中的任一核酸杂交的序列。53.根据权利要求47至51中任一项的方法,其中所述核酸序列编码表Cl所不任一SEQID NO的直向同源物或旁系同源物。54.根据权利要求47至53中任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是与对照植物相比提闻的广量，优选提闻的种子广量。55.根据权利要求48至54中任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子有效连接，优选与G0S2启动子有效连接，最优选与来自稻的G0S2启动子有效连接。56.根据权利要求48至54中任一项的方法，其中所述核酸与根特异性启动子有效连接，优选与RCC3启动子有效连接，最优选与来自稻的RCC3启动子有效连接。57.根据权利要求48至54中任一项的方法，其中所述核酸与年幼绿色组织特异性启动子有效连接，优选与原叶绿素酸酯还原酶(PcR)启动子有效连接。58.根据权利要求47至57中任一项的方法，其中所述编码SAP样多肽的核酸为植物来源，优选来自单子叶植物，还优选来自禾本科(Poacae),更优选来自稻属(Oryza),最优选来自稻(Oryza Sativa)。59.可通过权利要求47至58中任一项的方法获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码SAP样多肽的重组核酸。60.分离的核酸分子，其包含(i)SEQID NO 212,SEQ ID N0:214、SEQ ID NO :216、SEQ IDNO :218、SEQ ID NO :220、SEQ ID ...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·勒佐，V·弗兰卡德，A·I·桑兹莫林纳罗，W·布洛克阿尔特，
申请(专利权)人：巴斯福植物科学有限公司，
类型：发明
国别省市：