用于增强植物胁迫耐受性的方法技术

通过在植物中导入表达冷休克蛋白例如细菌冷休克蛋白的DNA提供了植物中增强的非生物胁迫耐受性。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2004年09月29日和专利技术名称为“”的200480035385.X号专利技术专利申请的分案申请。相关申请交叉参考依据35USC§ 119(e)，本申请要求2003年9月29日提交的美国临时申请系列号60 / 506,717和2003年12月7日提交的系列号60 / 530453的优先权。序列表引入两份序列表拷贝(序列表拷贝I和序列表拷贝2)以该序列表的计算机可读形式在此引入作为参考，这两份拷贝都在⑶-ROMs上，分别含有2004年9月28日创建的命名为CSP.ST25.txt的文件，文件大小约为98兆字节(在MS-DOS中测得)。专利
本专利技术涉及植物中冷、旱、盐、冷发芽(cold germination)、热和其他非生物胁迫耐受性以及植物中病毒、真菌、细菌和其他非生物胁迫耐受性。具体来说，本专利技术涉及一种通过在植物细胞内表达冷休克蛋白增强所述植物生物和非生物胁迫耐受性的方法。专利技术背景种子和果实生产是数十亿美元的商品行业，对于美国许多州和世界上许多国家来说是其收入的主要来源。商业上有价值的种子包括，例如，低芥酸菜子(canola)、棉籽和向日葵籽，其备受珍视，因为从种子中可以榨取植物油。诸如豌豆、菜豆和小扁豆的豆科植物的种子由于它们富含蛋白质，因此在商业上也有价值，例如，就大豆来说，其含有40-45%的蛋白质及18%的脂类和油类。此外，咖啡亦是一种有价值的作物，由干燥并烘烤过的阿拉伯咖啡(Coffea arabica)植物的种子制成，而巧克力则由可可树种子或“豆”制成。同样地，许多果实和种子在商业上也有价值，包括，例如玉米、稻、小麦、大麦和其他谷类、坚果、豆类、西红柿和柑橘类水果。例如，玉米种子可制成多种食品或用于烹饪的物品，如玉米面豆卷壳、玉米油、玉米饼、玉米片、玉米面等。玉米也用作为许多产品生产的原料，包括但不限于，饲料和酒精生产。由于生物和非生物胁迫，种子和果实生产固有地受之所限。例如，大豆(Glycinemax)是一种在贮藏期间遭受种子发芽损失并当土壤温度降低时无法发芽的作物(Zhang等，Plant Soill88:(1997))。这种现象实际上也存在于玉米和其他重要的农作物中。改善植物的非生物胁迫耐受性在农业上将有利于作物，使得生长增加和/或在冷、旱、洪涝、热、紫外线胁迫、臭氧增加、酸雨、污染、盐胁迫、重金属、矿化土壤和其他非生物胁迫下发芽。生物胁迫，例如真菌和病毒感染，在世界范围内也导致大量作物减产。几世纪来，传统育种(将一种基因型的特定等位基因与另一种杂交)业已用于增强生物胁迫耐受性、非生物胁迫耐受性和产量。传统育种固有地受限于亲本植物中所存在的有限数量的等位基因。其又限制了以这种方式累积的遗传变异性的数量。分子生物学已容许本专利技术的专利技术人能广泛地寻找可改善植物胁迫耐受性的基因。我们的专利技术人寻求确定其他生物如何对胁迫环境起反应并耐受之。冷休克蛋白是为细菌和其他生物在冷和胁迫环境下生存所使用系统的一部分。本专利技术人提出将编码冷休克蛋白及其相关蛋白的基因导入植物中并表达，将能增强植物的冷、旱、热、水分和其他非生物胁迫耐受性以及植物的真菌、病毒、和其他生物胁迫耐受性。他们也相信使用与冷休克蛋白同源或具有序列相似性的基因，也将能增强生物和非生物胁迫耐受性。经营农业者可使用本专利技术来减少它们因生物和非生物胁迫所造成的损失。专利技术概述本专利技术提供了一种在植物细胞中表达冷休克蛋白(Csp)的植物。冷休克蛋白的表达在所述植物中产生了更强的非生物胁迫耐受性。在一个实施方案中，编码冷休克蛋白的多核苷酸通过可操纵地连接到在植物中起作用的启动子和终止子而得到表达。更具体地说，本专利技术提供了一种重组DNA分子，在5’至3’方向包含:包含在植物中起作用的启动子的第一 DNA多核苷酸，可操纵地连接到编码冷休克蛋白的第二 DNA多核苷酸，其可操纵地连接到提供多腺苷酸化位点的3’转录终止DNA多核苷酸。所述第一 DNA多核苷酸通常优选与第二 DNA多核苷酸异源。本专利技术也提供了一种具有在第一 DNA多核苷酸和第二 DNA多核苷酸之间插入内含子的重组DNA分子。本专利技术也提供了一种重组DNA分子，其中所述第二 DNA多核苷酸编码一种包含SEQ ID NO:3基序的蛋白。在本专利技术重组DNA的特定实施方案中，所述第二 DNA多核苷酸编码一种选自:(a)具有基本上同一于革兰氏阳性细菌冷休克蛋白氨基酸序列的氨基酸序列的蛋白，(b)来自枯草杆菌(Bacillus subtilis)的冷休克蛋白，(c)枯草杆菌冷休克蛋白B(CspB)同系物，(d)具有基本上同一于SEQ ID NO:2的氨基酸序列的蛋白，`(e)具有基本上同一于革兰氏阴性细菌冷休克蛋白氨基酸序列的氨基酸序列的蛋白，(f)包含来自大肠杆菌(Escherichia coli)冷休克蛋白的蛋白，(g)大肠杆菌冷休克蛋白A(CspA)同系物，(h)具有基本上同一于SEQ ID NO:1的氨基酸序列的蛋白，(i)来自根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)的冷休克蛋白，和(j)具有基本上同一于 SEQ ID NO:5，7，9，11，13，15，17，19，21，23，25，27，29，31，33，35，37，39，41，43，45，47，49，51，53，55，57，59，61，63 或 65 任一的氨基酸序列的蛋白。本专利技术也提供了一种重组DNA分子，其中所述启动子选自由诱导型启动子、组成型启动子、时序调节型启动子、发育调节型启动子、组织优选型启动子、低温增强型启动子、低温特异性启动子、胁迫增强型启动子、胁迫特异性启动子、干旱诱导型启动子、缺水诱导型启动子和组织特异性启动子组成的组。本专利技术也提供了在其基因组中包含上述重组DNA分子的植物细胞和植物以及繁殖体及由其产生的后代。植物包括，但不限于作物植物、单子叶植物和双子叶植物。更具体地说，这些植物可包括大豆、玉米、低芥酸菜子、稻、棉花、大麦、燕麦、草坪草、棉花和小麦。本专利技术也提供了非生物胁迫耐受的转基因植物，其已用表达冷休克蛋白的重组DNA分子转化。这样的植物及其细胞和诸如种子的繁殖体在它们的基因组中包含表达冷休克蛋白的重组DNA分子。这样的植物具有一种或多种下列增强的性状:在限制相同种非转化植物生长的低温条件下更高的生长率，(a)在限制相同种非转化植物生长的高温条件下更高的生长率，(b)在限制相同种非转化植物生长的水分条件下更高的生长率，(c)在限制相同种非转化植物生长的土壤和/或水中增加的盐类或离子条件下更高的生长率，(d)在冷休克后较相同种未转化植物更大百分率的植物存活率，(e)当与相同种未转化植物相比时增加的产量，或(f)与相同种未转化植物相比对干旱的抗性。本专利技术的一种方法包含繁殖本专利技术的植物，如，为了产生种子，仅通过将上述种子种植在土壤中并使之生长，如在胁迫环境下。更具体地说，本专利技术提供了一种生产的植物的方法，所述植物具有诸如非生物胁迫耐受性、增加的产量或增加的根群的增强的性状。所述方法包括步骤:a)将包含编码冷休克蛋白DNA的重组DNA分子插入到植物细胞的基因组中，b)获得转化的植物细胞，c)从所述转化的植物细胞再生植物；和d)择具有增强的性状的植物。在本专利技术的一个方面，植物选自具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生耐干旱植物的方法，包括以下步骤：(a)将编码冷休克蛋白(Csp)的重组DNA插入到一个或多个植物细胞的基因组中以转化该植物细胞，所述冷休克蛋白具有与SEQ?ID?NO：1或SEQ?ID?NO：2的基本同一性且包含SEQ?ID?NO：3的冷休克结构域序列[FY]?G?F?I?x(6，7)?[DER]?[LIVM]?F?x?H?x?[STKR]?x?[LIVMFY]；(b)从所述转化的植物细胞再生植物；和(c)从所述再生的植物中选择表现出耐旱性的植物，其中所述选择的植物中所述冷休克蛋白(Csp)的表达赋予耐旱性。

【技术特征摘要】
2003.09.29 US 60/506,717;2003.12.17 US 60/530,4531.一种产生耐干旱植物的方法，包括以下步骤: (a)将编码冷休克蛋白(Csp)的重组DNA插入到一个或多个植物细胞的基因组中以转化该植物细胞，所述冷休克蛋白具有与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2的基本同一性且包含SEQ ID NO:3的冷休克结构域序列[FY]-G-F-1-X(6,7)-[DER]-[LIVM]-F-χ-Η-χ-[STKR]-χ-[LIVMFY]； (b)从所述转化的植物细胞再生植物；和 (c)从所述再生的植物中选择表现出耐旱性的植物，其中所述选择的植物中所述冷休克蛋白(Csp)的表达赋予耐旱性。2.根据权利要求1的方法，其中所述冷休克蛋白(Csp)在枯草杆菌CspB(SEQ ID NO:2)的整个长度上或在大肠杆菌冷休克蛋白CspA(SEQ ID NO:1)的整个长度上具有基本同一性。3.根据权利要求1的方法，其中所述冷休克蛋白(Csp)在枯草杆菌CspB(SEQ ID NO:2)的整个长度上或在大肠杆菌冷休克蛋白CspA (SEQ ID NO: I)的整个长度上具有同一性。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述植物是玉米植物、大豆植物、棉花植物、小麦植物、大麦植物、油菜籽植物或水稻植物。5.一种具有插入到其基因组中的重组DNA的植物细胞，其中所述重组DNA编码冷休克蛋白(Csp)，所述冷休克蛋白具有与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2的基本同一性且包含SEQID NO:3的冷休克结构域序列[FY] -G-F-1-X (6,7)-[DER] -[LIVM] -F-χ-Η-χ-[STKR] -χ-[LIVMFY]，且其中所述蛋白质的表达赋予所述植物细胞缺水耐受性。6.一种具有插入到其基因组中的重组DNA的植物细胞，其中所述重组DNA编码冷休克蛋白(Csp)，所述冷休克蛋白具有与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2的基本同一性且包含SEQID NO:3的冷休克结构域序列[FY] -G-F-1-X (6,7)-[DER] -[LIVM] -F-χ-Η-χ-[STKR] -χ-[LIVMFY]，且其中所述蛋白质的表达赋予包含所述植物细胞的植物对干旱胁迫的抗性。7.根据权利要求5或6的植物细胞，其中所述冷休克蛋白(Csp)在大肠杆菌冷休克蛋白CspA (SEQ ID NO:1)的整个长度上或在枯草杆菌CspB冷休克蛋白(SEQ ID NO:2)的整个长度上具有基本同一'I生。8.根据权利要求5或6的植物细胞，其中所述冷休克蛋白(Csp)在大肠杆菌冷休克蛋白CspA (SEQ ID NO: I)的整个长度上或在枯草杆菌CspB冷休克蛋白(SEQ ID NO:2)的整个长度上具有同一'I生。9.根据权利要求5或6的植物细胞，其中所述植物细胞是玉米植物细胞。10.根据权利要求5或6的植物细胞，其中所述植物细胞是大豆植物细胞。11.根据权利要求5或6的植物细胞，其中所述植物细胞是棉花植物细胞、小麦植物细胞、大麦植物细胞、油菜籽植物细胞或水稻植物细胞。12.一种用于产生包含编码冷休克蛋白(Csp)的重组DNA的转基因种子的方法，该种子可用于产生具有增强的耐旱性的转基因植物作物，所述方法包括: (a)选择包含编码冷休克蛋白(Csp)的重组DNA的第一耐旱植物品系，其中所述冷休克蛋白(Csp)具有与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2的基本同一性且包含SEQ ID NO:3的冷休克结构域序列[FY] -G-F-1-X (6,7)-[DER] -[LIVM] -F-χ-Η-χ-[STKR] -χ-[LIVMFY]，且其中所述冷休克蛋白质(Csp)的表达赋予所述第一植物品系的植物对干旱胁迫的抗性；和 (b)将所述重组DNA渗入不同的植物品系中。13.根据权利要求12的方法，其中所述冷休克蛋白(Csp)在枯草杆菌CspB(SEQ ID NO:2)的整个长度上或在大肠杆菌冷休克蛋白CspA(SEQ ID NO:1)的整个长度上具有基本同一性。14.根据权利要求12的方法，其中所述冷休...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·费尔南德斯，
申请(专利权)人：孟山都技术有限公司，
类型：发明
国别省市：