專利名稱：具有增加的籽粒蛋白質含量的小麥植物的制備和使用方法
專利說明具有增加的籽粒蛋白質含量的小麥植物的制備和使用方法 發明領域 本發明涉及農業領域，特別地涉及用于制備和使用具有增加的籽粒蛋白質含量的小麥植物的新型方法。
背景技術：
小麥的籽粒蛋白質含量對于營養價值的改進是重要的，而且小麥的籽粒蛋白質含量還是制作面包的主要貢獻因素(Dick & Youngs(1988)＂Evaluation of durum wheat，semolina，and pasta in theUnited States＂，Durum wheatChemistry and technology，AACC，St.Paul，MN，pp.237-248；Finney等人(1987)＂Quality of hard，soft，and durum wheats＂.E.G.Heyne(ed.)Wheat and wheatimprovement，Agron.Monogr.13，第2版，ASA，CSSA，and SSSA，Madison，WI，pp.677-748；Khan等人(2000)Crop Sci.40518-524)。由于具有高籽粒蛋白質的小麥的溢價，因此其對于栽培者而言也是重要的性狀(Olmos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1071243-1251)。雖然對于高籽粒蛋白質含量所進行的育種已經付出了很多努力，但由于控制性狀的遺傳學和與環境相互作用的復雜性使得進展很慢。研究已經鑒定出了幾種關于籽粒蛋白質含量的QTL(Turner等人(2004)J.Cereal Sci.4051-60；Joppa等人(1997)Crop Sci.371586-158；Perretant等人(2000)Theor.Appl.Genet.1001167-1175；Prasad等人(1999)Theor.Appl.Genet.99341-345；Groos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1061032-1040；Groos等人(2004)J.Cereal Sci.4093-100；Shewry等人(1997)J.Sci.FoodAgric.73397-406)。在給定類別或類型的小麥中，1至2％的籽粒蛋白質含量的提高被認為是顯著增加(Tokatilidis等人(2004)Field Crops Res.8633-42；Olmos等人(2003)Theor.Appl.Genet.1071243-1251；Mesfin等人(2000)Euphytica 116237-242)。籽粒蛋白質含量受環境條件例如土壤肥力、溫度、氮營養、降雨量或溫度的影響(Bhullar & Jenner(1985)Aust.J.Plant Physiol.12363-375；Wardlaw & Wrigely(1994)Aust.J.Plant Physiol.21695-703；Daniel & Triboi(2000)J.Cereal Sci.3245-56；Metho等人(1999)J.Sci.Food Agric.791823-1831)。研究還表明，高蛋白質對于產量具有負面影響(Cox等人(1985)Crop Sci.25430-435；Day等人(1985)J.Plant Nutrition 8555-566)；然而其他人提出，培育出具有這兩種性狀的小麥應該是有可能的(Day等人(1985)J.Plant Nutrition 8555-566；Johnson等人(1978)＂Breeding progress for protein and lysine in wheat＂，Proceedings of the Fifth International Wheat Genetics Symposium，New Delhi，India，pp.825-835)。當然，具有單個基因性狀或影響籽粒蛋白質的緊密相關的性狀將在改善面包制作和面包小麥(breadwheat)的營養價值方面提供顯著的優點，特別是如果該性狀或緊密相關的性狀允許快速和成本有效的選擇。
發明概述 本發明提供了用于制備小麥植物的方法，所述小麥植物產生具有增加的籽粒蛋白質含量的籽粒。本發明基于這樣的令人驚奇的發現，即小麥植物在其基因組中包含至少一個拷貝的編碼AHASL1A蛋白的AHASL1A基因，所述AHASL1A蛋白在普通小麥(Triticum aestivum)AHASL1A蛋白中的氨基酸位置579處包含絲氨酸-天冬酰胺置換。因為相應的絲氨酸-天冬酰胺置換在擬南芥(Arabidopsis thaliana)AHASL1蛋白中位于氨基酸位置653處，所以該氨基酸置換在本文也稱為S653N置換。本發明的方法包括在植物中引入至少一個拷貝的小麥AHASL1A基因，所述AHASL1A基因編碼包含S653N置換的AHASL1A蛋白。這樣的基因可以通過諸如異花傳粉、誘變和轉化的方法來引入。本發明的方法可以進一步包括使包含AHASL1A S653N基因的小麥植物或其后代植物進行生長以產生籽粒，并測定由所述小麥植物或后代植物所產生的籽粒的蛋白質含量。另外，所述方法還包括選擇包含小麥AHASLA1 S653N基因的植物，例如通過向所述植物和/或向其中所述植物正在生長或將要生長的土壤或其他基質施用有效量的AHAS抑制性除草劑。
本發明進一步提供了小麥植物、植物器官、植物組織和植物細胞，和高蛋白質籽粒，以及衍生自由本發明的小麥植物所產生的高蛋白質籽粒的人和動物食品。還提供了使用本發明的高蛋白質籽粒來生產人和動物食品的方法。
附圖簡述
圖1為體外研究結果的圖示，該研究使用從BW255-2和對照BW255品系的小麥植物制備的酶提取物來測定纈氨酸和亮氨酸對于AHAS活性的反饋抑制。BW255-2品系對于AHASL1A S653N等位基因而言是純合體。BW255在AHASL1A基因方面是純合的野生型，并且是被誘變以產生BW255-2品系的親本品系。
發明詳述 本發明提供了小麥植物的制備和使用方法，所述小麥植物包含具有增加的籽粒蛋白質含量的籽粒。本發明包括在小麥植物中引入至少一個拷貝的小麥AHASL1A基因，所述小麥AHASL1A基因編碼包含S653N置換的AHASL1A蛋白。這樣的基因可以通過諸如異花傳粉、誘變和轉化的方法來引入。本發明的方法可以進一步包括使包含AHASL1A S653N基因的小麥植物或其后代植物進行生長以產生籽粒，并測定由所述小麥植物或后代植物所產生的籽粒的蛋白質含量。當與不含小麥AHASL1A S653N基因的小麥植物相比較時，通過本發明方法所產生的小麥植物及其后代植物包含增加的籽粒蛋白質含量。
本發明的方法可用于開發具有增加的籽粒蛋白質含量的新型小麥栽培種。當與現有方法相比較時，本發明的方法顯著降低了對于開發高蛋白質小麥而言所需的育種努力，這是因為本發明的方法由于將高蛋白質小麥性狀與可容易地選擇的除草劑抗性性狀相連而提供了強大的選擇優勢。此外，小麥AHASL1A S653N基因的可選擇分子標記物是本領域中已知的，因此所述可選擇分子標記物有助于關于具有增加的籽粒蛋白質含量的小麥的標記輔助育種方法。參見，美國專利申請
發明者W·J·霍維, R·E·凱勒, D·R·卡爾森, M·L·達莫爾, B·K·辛 申請人:巴斯夫農業化學產品公司