具有改良特征的植物及其制備方法

具有改良特征的植物及其制備方法
【專利摘要】本發明一般涉及分子生物學領域并涉及用于增強植物中多種經濟重要特征的方法。更具體地，本發明涉及用于改良產量相關性狀的方法，如通過調節編碼GRP(生長相關蛋白質)多肽的核酸在植物中的表達來增強產量和/或增強生長、或改良植物中儲藏物含量。本方面還涉及具有編碼GRP多肽的核酸的受調節表達的植物，所述植物相對于對照植物具有改良的特性。本發明還提供迄今未知的用于實施本發明方法的GRP編碼核酸，和包括此核酸的構建體。
【專利說明】具有改良特征的植物及其制備方法
[0001] 本申請為2007年8月2日提交的、發明名稱為"具有改良特征的植物及其制備方 法"的PCT申請PCT/EP2007/058043的分案申請，所述PCT申請進入中國國家階段的日期為 2009 年 4 月 1 日，申請號為 200780036754. 0。
[0002] 本發明一般地涉及分子生物學領域并涉及用于通過調節編碼GRP(生長相關蛋 白）的核酸在植物中表達而改進多種植物特征的方法。本發明還涉及具有編碼GRP多肽的 核酸的受調節表達的植物，其中所述植物相對于對應野生型植物或其他對照植物具有改良 的特征。本發明還提供用于本發明方法中的構建體。
[0003] 持續增長的世界人口和農業用可耕地供應萎縮刺激了有關增加農業效率的研究。 常規的作物及園藝學改良手段利用選擇育種技術以鑒定具有受歡迎特性的植物。然而，此 類選擇育種技術具有幾個缺陷，即這些技術一般耗費很多勞動并且產生這樣的植物，其經 常含有異源性遺傳組分，其可能不總是導致從親代植物中傳遞的所希望性狀。分子生物學 進展已經允許人類改良動物及植物的種質。植物的遺傳工程使得可以分離和操作遺傳物質 (一般處于DNA或RNA形式）并且隨后引入該遺傳物質至植物中。此類技術具有產生具備 多種經濟學、農學或園藝學改良性狀的作物或植物的能力。
[0004] 具有特殊經濟意義的性狀是增加的產量。產量通常定義為來自作物的經濟價值的 可測量結果。該結果可以就數量和/或品質方面進行定義。產量直接取決于幾個因素，例 如器官的數目和大小、植物構造（例如枝的數目）、種子產生、葉衰老等。根發育、營養物攝 入量、脅迫耐受性和早期萌發勢（early vigor)也可以是決定產量的重要因素。優化前述 因素因而可以對增加作物產量有貢獻。
[0005] 種子產量是特別重要的性狀，因為眾多植物的種子對人與動物營養是重要的。作 物如玉米、稻、小麥、卡拉諾油菜和大豆占超過一半的人類總熱量攝入，無論通過直接消費 種子本身或通過消費基于加工的種子而產生的肉產品。作物也是糖、油及工業加工中所用 眾多類型代謝物的來源。種子含有胚（新苗和新根的起源）和胚乳（萌發期間及幼苗早期 生長期間用于胚生長的營養來源）。種子發育涉及多種基因并且需要代謝物從根、葉和莖轉 移至正在生長的種子中。胚乳尤其同化糖類、油和蛋白質的代謝前體并且將它們合成為貯 藏大分子以灌滿籽粒。
[0006] 對于眾多作物的另一個重要性狀是早期萌發勢。改進早期萌發勢是現代稻育種計 劃在溫帶和熱帶稻品種上的重要目標。長根在水栽稻中對于正確土壤固定是重要的。在將 稻直接播種至被淹沒田地的情況下，以及在植物必須從水中迅速出苗的情況下，較長的苗 與萌發勢相關。在實施條播的情況下，較長的中胚軸和胚芽鞘對于良好出苗是重要的。將 早期萌發勢人工改造到植物內的能力將在農業中是極其重要的。例如，不良的早期萌發勢 已經限制了基于玉米帶種質（Corn Belt germplasm)的玉米（Zea mayes L.)雜種在歐洲 大西洋地區的引種。
[0007] 另一個重要性狀是改進的非生物脅迫耐受性。非生物脅迫是世界范圍作物 損失的主要原因，對于大多數主要作物植物而言降低平均產量超過50% (Wang等、 Planta(2003)218 :1-14)。非生物脅迫可以由干旱、鹽度、極端溫度、化學毒性和氧化脅迫引 起。提高植物對非生物脅迫耐受性的能力將在世界范圍對農民是極大經濟優勢并且會允許 在不利條件期間及在作物栽培否則是不可能的陸地上栽培作物。
[0008] 作物產量因而可以通過優化前述因素之一而增加。
[0009] 取決于最終用途，對某些產量性狀的改良可能優先于其他產量性狀。例如對于應 用如飼料或木材生產或生物燃料資源而言，增加植物營養體部分可能是希望的，而對于應 用如面粉、淀粉或油生產而言，增加種子參數可能是尤其希望的。即便在種子參數當中，某 些參數可以更優先于其他參數，這取決于應用。多種機制可以對增加種子產量有貢獻，無論 形式為增加的種子大小或是增加的種子數目。
[0010] 增加植物中產量（種子產量和/或生物量）的一種方法可以是通過調節植物的內 在生長機制如細胞周期或參與植物生長或參與防御機制的多種信號途徑。
[0011] 現已發現可以通過調節植物中編碼GRP多肽的核酸在植物中表達而改進植物中 的多種生長特征。GRP多肽可以是如下蛋白之一：錨定蛋白-鋅指多肽（AZ)、SYT多肽，葉 綠體果糖-1，6-二磷酸酶（cpFBPase)多肽，小誘導性激酶（SIK)，II類同源域亮氨酸拉鏈 (HD Zip)轉錄因子，和SYB1多肽。改良的特征包括產量相關性狀，如增加的產量和/或增 加的生長、或改良的儲藏化合物物含量。

【背景技術】
[0012] 錨定蛋白-鋅指多肽
[0013] 植物生物量為飼料作物如苜蓿、青貯谷物和干草的產量。在谷物作物中使用產 量的許多替代參數。其中首要的是估算植物大小。根據物種以及發育階段的不同，可以 通過許多方法測量植物大小，但是包括植物總干重、地上干重、地上鮮重、葉面積、莖體 積、植物高度、蓮座植物直徑、葉長、根長、根生物量、分蘗數和葉數。許多物種在給定的 發育階段維持植物不同部分大小間的保守比。利用這些異速生長關系而對這些有關大 小的測量結果進行由此及彼的外推（如Tittonell等2005Agric Ecosys&Environl05 : 213)。早期發育階段的植物大小通常將與晚期發育階段的植物大小有關。具有更大葉面 積的較大植物通常能夠比較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&Tollenaar2005Maydica50 :39)。除了植物所具有的最初達到較大大小的 微環境或遺傳優勢的潛在延續，此為其附加效應。植物大小和生長速率存在著強遺傳組 件（如ter Steege等2005Plant Physiologyl39:1078)，且迄今為止，種種多樣化基因 型植物在一種環境條件下的大小很可能與另一種環境條件下的大小有關（Hittalmani等 2003Theoretical Applied Geneticsl07:679)。以這種方式，使用標準環境作為田地中作 物在不同時間和地點所遭遇的多樣化動態環境的替代參數。
[0014] 收獲指數為種子產量與地上干重的比值，其在許多環境條件下相對穩定，因此 在植物大小和谷物產量之間通常能夠獲得比較穩固的相關性（如Rebetzke等2002Crop Science42 :739)。這些方法固有地聯系在一起，因為大多數谷物生物量取決于植物葉和莖 當前或C存的光合作用生產力（Gardener 等 1985Physiology of Crop Plants. Iowa State University Press,pp68-73)。因此，對植物大小的選擇，甚至是在發育早期階段的選擇，已 經用作為未來潛在產量的指標（如Tittonell等2005Agric Ecosys&Environl05 :213)。當 測試遺傳差異對脅迫耐受性的影響時，溫室或植物培養室與田地相比具有固有的優勢：即 能夠使土壤性能、溫度、水和營養的可用性以及光強度標準化。不過，因缺乏風力或昆蟲導 致不良授粉，或由于空間不足以讓成熟根或冠層生長等等，對產量造成的這些人工局限性 會限制這些控制環境在測試產量差異中的應用。因此，在培養室或溫室標準條件下測量早 期發育階段的植物大小，是提供潛在遺傳產量優勢指標的標準方法。
[0015] 轉錄由RNA聚合酶進行。這些聚合酶通常與決定轉錄過程特異性的其他蛋白 (轉錄因子）相關。轉錄因子與基因的順式調控元件結合且也可介導其他調節蛋白的結 合。Stegmaier等提出基于轉錄因子DNA結合結構域的轉錄因子的分類法。基于以下的 存在，區分出5個超級類（supperclass) :1)基礎結構域、2)鋅協同結構域、3)螺旋轉角 螺旋結構域、4)具有小溝接觸的β支架結構域和0)其他結構域（Stegmaier等，Genome informaticsl5, 276-286, 2004)。包括鋅協同結構域的轉錄因子組極其多樣且可根據其保 守的半胱氨酸和組氨酸殘基進一步分類，包括WRKY結構域、C6鋅聚簇、DM和GCM結構域。
[0016] 除了 DNA結合基序，轉錄因子還可包括蛋白質-蛋白質相互作用基序。一種該基 序是錨蛋白基序。其出現在各種各樣的蛋白家族中，通常作為2到超過20個單位的重復。 每個單位包含兩個反向平行螺旋和β發夾。
[0017] 盡管許多具有鋅指結構域的植物蛋白質被充分表征，但對包含C3H1鋅指基序的 植物蛋白質所知很少。據報道ΡΕΙ1是一種對胚胎發育起作用的轉錄因子，其具有與C3H1 基序相似的鋅指基序，但缺少錨蛋白基序（Li和Thomas，Plant CelllO, 383-398,1998)。 W002/44389描述了 AtSIZ，一種從擬南芥（Arabidopsis)中分離出來的轉錄因子。發現在 CaMV35S啟動子控制下的AtSIZ表達促進脅迫誘導基因的轉錄，且據報道具有增加的AtSIZ 表達的植物在鹽脅迫下與對照植物相比具有較高的存活率，但沒有提供有關種子產量的分 析。推斷AtSIZ可用于增加植物對滲透脅迫的抗性。
[0018] SYT
[0019] 非生物脅迫，如干旱脅迫、鹽脅迫、熱脅迫和冷脅迫、或這些脅迫中一種或多種的 組合，是植物生長和生長力的主要限制因素（Boyer(1982)Science218 :443-448)。干旱、 熱、冷和鹽脅迫具有對于植物生長極為重要的共同主題，即水的可獲得性。因為一些土壤 中的高鹽濃度將導致較少的可被細胞攝入的水，其效應與在干旱條件下觀察到的相似。此 夕卜，在冰凍溫度下，由于始于質外體（apoplast)中的冰的形成將導致水從共質體流出， 由此造成植物細胞喪失水份（McKersie 和 Leshem，1994. Stress and Stress Coping in Cultivated Plants，Kluwer Academic Publishers)。在熱脅迫中，影響氣孔孔徑以通過蒸 發蒸騰作用調節冷卻，從而影響植物的水分含量。通常，植物對這些脅迫條件的每一種條件 的分子反應機制是相似的。
[0020] 植物在其整個生活史中會暴露于減少的環境含水量的條件。大多數植物已進化出 保護它們自己免受這些條件的傷害的策略。然而，如果干旱條件的嚴重度和持續時間太大， 對大多數農作物植物的植物發育、生長和產量的影響將是深遠的。持續暴露于減少的環境 水可用性下造成植物新陳代謝的重大改變。新陳代謝的這些重大改變最終將導致細胞死 亡，因此而導致產量損失。由這些脅迫引起的主要農作物例如稻、玉米（corn)和小麥的農 作物損失和農作物產量損失是重要的經濟和政治因素并且在世界上許多地區造成了食物 短缺。
[0021] 非生物環境脅迫的另一實例是植物生長和發育需要吸收的一種或更多營養物的 減少的可用性。由于營養利用效率對植物產量和產品質量的強力影響，大量的肥料施用到 田間，以優化植物生長和質量。植物生產力受三種主要營養物限制：磷、鉀和氮，它們通常是 植物生長中的速率限制因素。植物生長所需的主要營養元素是氮（N)。它是生命細胞中發 現的包括氨基酸、蛋白質（酶）、核酸和葉綠素的大量重要化合物的組分。植物干分的1. 5% 到2%是氮，且約所有植物蛋白質的16%是氮。因此，氮的可用性是植物生長和生產的主要 限制因素 （Frink 等（1999)Proc Natl Acad Sci 美國 96(4) :1175-1180)，且對蛋白積累和 氨基酸組成具有主要影響。因此，在氮限制條件下生長時具有增加的產量的谷物非常有利。
[0022] 植物生物量為飼料作物如苜蓿、青貯谷物和干草的產量。在谷物作物中使用產 量的許多替代參數。其中首要的是估算植物大小。根據物種以及發育階段的不同，可以 通過許多方法測量植物大小，但是包括植物總干重、地上干重、地上鮮重、葉面積、莖體積、 植物高度、蓮座植物直徑、葉長、根長、根生物量、分蘗數和葉數。許多物種在給定的發育 階段維持植物不同部分大小間的保守比。利用這些異速生長關系而對這些有關大小的測 量結果進行由此及彼的外推（如 Tittonell 等（2005)Agric Ecosys&Environl05 :213)。 早期發育階段的植物大小通常將與晚期發育階段的植物大小有關。具有更大葉面積的 較大植物通常能夠比較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&Tollenaar(2005)Maydica50 :39)。除了植物所具有的最初達到較大大小的微環 境或遺傳優勢的潛在延續，此為其附加效應。植物大小和生長速率存在著強遺傳組件（如 ter Steege等（2005)Plant Physiologyl39:1078)，且迄今為止，種種多樣化基因型植物 在一種環境條件下的大小很可能與另一種環境條件下的大小有關（Hittalmani等（2003) Theoretical Applied Geneticsl07:679)。以這種方式，使用標準環境作為田地中作物在 不同時間和地點所遭遇的多樣化動態環境的替代參數。
[0023] 發展耐受脅迫的植物是可能解決或調解至少一些此類問題的策略（McKersie和 Leshem, (1994)Stress and Stress Coping in Cultivated Plants, Kluwer Academic Publishers)。然而，發展對此類脅迫呈現抗性（耐受性）的新植物品系的常規植物育種策 略是相對緩慢的且需要特定的抗性系以與希望的系進行雜交。有限的脅迫耐性種質資源以 及遠源植物物種之間的雜交不相容性是常規育種中遇到的重大問題。然而，這些技術通常 是勞動密集型的，并且產生通常含有從親本植物遺傳的異源遺傳組分的植物，這些遺傳組 分并非總是產生父系期望性狀。分子生物學的進展已經允許人類改造動物和植物的生殖質 (germplasm)。植物遺傳工程需要分離和操作遺傳物質（通常為DNA或RNA的形式）及隨 后將所述遺傳物質引入植物。這樣的技術能夠提供具有多種改良的經濟、農業或園藝性狀 的作物或植物。
[0024] SYT為轉錄共激活劑，在植物中，其與GRF(生長調控因子）家族蛋白質的轉錄激 活劑形成功能復合物（Kim HJ，Kende H(2004)Proc Nat Acad SclOl :13374-9)。SYT 在 本文中也稱為GIF，為GRF相互作用因子但RF-interacting factor)的縮寫，和AN3為 angustifolia3 的縮寫，在 Horiguchi 等（2005)Plant J43:68_78 中。GRF 轉錄激活劑與 酵母染色質重塑復合物的SWI/SNF蛋白質共享結構域（在N末端區域）（van der Knaap E 等，（2000)Plant Physl22 :695-704)。認為這些復合物的轉錄共激活劑參與將SWI/SNF復 合物募集至增強子和啟動子區域，以實現局部染色質重塑（--ΓΑΜ等綜述，（2001)Annu Rev Bi〇Chem70 :475-501)。局部染色質結構的改變調節轉錄激活。更準確地說，認為SYT 與植物SWI/SNF復合物相互作用，以實現GRF靶基因的轉錄激活（Kim HJ，Kende H(2004) Proc Nat Acad SclOl :13374-9)。
[0025] SYT屬于擬南芥中由三個成員組成的基因家族。所述SYT多肽與人SYT具有同源 性。已顯示人SYT多肽為轉錄共激活劑（Thaete等（1999)Hum Molec Genet8:585-591)。 如下三個結構域表征了哺乳動物SYT多肽：
[0026] (i)N末端SNH(SYT的N末端同源）結構域，在哺乳動物、植物、線蟲和魚類中是保 守的；
[0027] (ii)C末端QPGY富含結構域，主要由甘氨酸、脯氨酸、谷酰胺和酪氨酸組成，以不 定的間隔出現；
[0028] (iii)位于前述兩個結構域之間的甲硫氨酸富含（富含Met)結構域。
[0029] 在植物SYT多肽中，SNH結構域充分保守。C末端結構域富含甘氨酸和谷酰胺，但 并不富含脯氨酸或酪氨酸。因此其被命名為富含QG結構域，與哺乳動物的QPGY結構域形 成對照。同哺乳動物SYT-樣，在QG結構域N末端可以鑒定到富含Met結構域。富含QG 結構域可視為基本上是多肽C末端的剩余部分（除去SHN結構域）；富含Met結構域通常 包含在富含QG結構域的頭一半之內（從N末端到C末端的方向）。可能有第二富含Met結 構域位于植物SYT多肽SNH結構域之前（見圖1)。
[0030] 據報道，喪失功能的SYT突變體以及SYT表達降低的轉基因植物發育出小且 窄的葉子和花瓣，它們具有較少的細胞（Kim HJ，Kende H(2004)Proc Nat Acad SclOl: 13374-9)。
[0031] 擬南芥中AN3超量表達產生的植物具有的葉比野生型的葉大20-30% (Horiguchi 等，（2005)Plant J43 :68-78)。
[0032] 日本專利申請2004-350553中描述了通過控制AN3基因表達來控制水平方向上葉 大小的方法。
[0033] cpFBPase
[0034] 收獲指數為種子產量與地上干重的比值，其在許多環境條件下相對穩定，因此 在植物大小和谷物產量之間通常能夠獲得比較穩固的相關性（如Rebetzke等2002Crop Scien ce42 :739)。這些方法本身聯系在一起，因為大多數谷物生物量取決于植物葉和莖當 前或C存的光合作用生產力（Gardener 等 1985Physiology of Crop Plants. Iowa State University Press,pp68-73)。因此，對植物大小的選擇，甚至是在發育早期階段的選擇，已 經用作為未來潛在產量的指標（如Tittonell等2005Agric Ecosys&Environl05 :213)。當 測試遺傳差異對脅迫耐受性的影響時，溫室或植物培養室與田地相比具有固有的優勢：即 能夠使土壤性能、溫度、水和營養的可用性以及光強度標準化。不過，因缺乏風力或昆蟲導 致不良授粉，或由于空間不足以讓成熟根或冠層生長等等，對產量造成的這些人工局限性 會限制這些控制環境在測試產量差異中的應用。因此，在培養室或溫室標準條件下測量早 期發育階段的植物大小，是提供潛在遺傳產量優勢指標的標準方法。
[0035] 高等植物中光合碳代謝是植物生長和谷物產量的主要過程。通過還原戊糖磷酸 (卡爾文，Calvin)途徑固定大氣二氧化碳在高等植物中產生碳水化合物。此過程發生在葉 綠體中，且新合成的丙糖磷酸可至于淀粉合成的基質區室中，或可輸出到蔗糖形成的細胞 膠質中。在光合作用中，新合成的碳水化合物根據植物的需要和環境條件形成（channel) 一種或其他形式。
[0036] 卡爾文循環是復雜的途徑，包括由11種酶催化的13個反應的三個階段。一種更重 要的酶是葉綠體果糖 -1，6-二磷酸酶（cpFBPase)，其催化果糖-1,6-二磷酸至果糖-6-磷 酸和Pi (無機P)的不可逆轉化。與卡爾文循環的其他酶相比，cpFBPase多肽在葉綠體中 的水平非常低。
[0037] 借助鐵氧化還原蛋白-硫氧化還原蛋白系統由氧化還原電位調控cpFBPase活性， 所述系統根據光照/黑暗條件，和pH值和Mg 2+水平上的光依賴性變化調節酶活性（Chiadmi 等，（1999)EMB018(23) :6809-6815)。更具體地，cpFBPase多肽在光照下是有活性的，且在 黑暗中是無活性的，這通過硫氧化還原蛋白介導的酶分子SH組間還原-氧化互動且也借助 葉綠體基質中pH值和Mg 2+濃度受光線誘導升高而發生（Buchanan(1980)Annu Rev Plant Physiol31 :341-374 ;Jacquot (1984) Bot Actal03 :323-334)。
[0038] 高等植物和藻類cpFBPase多肽執行同一酶催化步驟，但在酶催化活性調節中 稍有不同。更具體地，藻類cpFBPase多肽嚴格要求還原而具有活性，但對還原劑特異性 要求不太嚴格，即，它們可由不同質體硫氧化還原蛋白激活（Huppe和Buchanan (1989) Z Naturforsch44(5-6) :487-94).
[0039] 光合（自養）細胞中，除了 cpFBPase多肽，還有位于細胞溶膠（cyFBPase)中且參 與蔗糖合成和糖異生的第二FBPase多肽（同種型）。與cpFBPase多肽相比，cyFBPase多 肽具有非常不同的調控特性：其被過量底物抑制，通過AMP和果糖-2,6-二磷酸顯示變構抑 制，且呈現中性pH最適宜。在異養系統（如動物細胞）中發現cyFBPase多肽。cpFBPase 多肽和cyFBPase多肽間的主要區別是前者中具有氨基酸插入，所述氨基酸插入至少具有 兩個保守半胱氨酸殘基，所述半胱氨酸殘基是硫氧化還原蛋白調控的目標。
[0040] 在塊莖特異性啟動子的調控下表達馬鈴薯cyFBPase核酸序列的轉基因馬鈴薯植 物已有報道（Thorbjornsen等，（2002)Planta214 :616-624)。作者發現轉基因塊莖在淀粉 含量方面、或中性糖和磷酸化hexoses方面與野生型塊莖沒有區別。
[0041] 來自藍細菌（cyanobacterium Synechococcus) (FBPase/SBPase 和 FBPasell)的 兩個cyFBPase編碼基因有效連接于葉綠體亞細胞祀向嵌合蛋白質的番爺rbcS轉運肽編 碼序列（Miyagawa 等，（2001)Nature Biotechl9 :965-969 ;Tamoi 等，（2006)Plant Cell Physiol47 (3) :380-390)。沒有發現FBPase/SBPase和FBPasell多肽的活性由鐵氧化還原 蛋白/硫氧化還原蛋白系統的氧化還原條件調節，因為它們缺乏保守半胱氨酸殘基。使用 番茄rbcS啟動子調控兩個嵌合基因的表達。已報道用嵌合構建體轉化的轉基因煙草植物 在大氣條件下比野生型植物生長的明顯更快且更大。
[0042] SIK
[0043] 植物培育者通常根據所論作物或植物的改良產量的特定方面、和具有經濟價值的 植物或作物的部分感興趣。例如，對特定植物、或特定最終用途，植物培育者可以特別地在 植物一個或多個部分的植物生物量（重量）方面尋找改良，所述部分包括地上（可收獲） 部分和/或地下（可收獲）部分。尤其有關的是供消費的是植物地上部分或地下部分。對 許多作物而言，尤其是谷物，種子產量的改良是極其需要的。增加的種子產量本身可以表現 為多種方式，取決于所論作物或植物和其最終用途，種子產量的每個獨立方面對植物培育 者具有變化的重要性。例如種子產量可以表現為或來自：a)種子生物量（種子總重量）增 力口，這可以基于單粒種子和/或每株植物和/或每平方米；b)每株植物增加的花數；c)增加 的（飽滿）種子數；d)增加的種子飽滿率（其通常表述為飽滿種子數與種子總數之間的比 率）；e)增加的收獲指數，其通常表述為可收獲部分（如種子）產量與總生物量的比率；和 f)增加的千粒重（TKW)，這通常從計數的飽滿種子數及其總重量外推而來。
[0044] 種子產量的增加也可以表現為種子大小和/或種子體積的增加。此外，種子產量 的增加本身也可以自我表現為種子面積和/或種子長度和/或種子寬度和/或種子周長的 增加。增加的產量也可以產生改良的結構，或可以因改良的結構而出現。
[0045] 以玉米為例，產量增加可以表現為下列一種或多種指標：每平方米植物數的增加、 每株植物穗數的增加、行數的增加、每行粒數、粒重、千粒重、穗長度/直徑、種子飽滿率的 增加（其中種子飽滿率是飽滿種子數除以種子總數并乘以100)及其他。以稻為例，產量增 加本身可以表現為下列一種或多種指標的增加：每平方米植物數、每株植物圓錐花序數、每 圓錐花序小穗數、每圓錐花序花（小花）數（其表達為飽滿種子數對原圓錐花序數之比）、 種子飽滿率的增加（其中種子飽滿率是飽滿種子數除以種子總數并乘以100)、千粒重的增 加及其他。
[0046] 對植物培育者來說，能夠挑選到要被改變的種子產量的方面非常有利。非常期望 能夠非定制的挑出，即挑出適合改變種子產量的特定方面或組分的基因。例如與增加的千 粒重組合的飽滿率的增加對作物如玉米是非常期望的。對稻和小麥增加的飽滿率、收獲指 數和增加的千粒重的組合是非常期望的。
[0047] Genomine Inc.的公開的國際專利申請W002/074801描述了來自擬南芥 (Arabidopsis thaliana)的AtSIK蛋白質和編碼所述蛋白質的基因。其提到可以通過抑制 AtSIK的表達使植物對滲透脅迫具有抗性。然而沒有提到通過抑制AtSIK的表達可以改良 那些產量方面。
[0048] HD Zip
[0049] 植物的研究和基因操縱具有長遠歷史，其甚至在著名的Gregor Mendel研究之前 就開始了。在完善該科學中，科學家完成了植物中特定性狀的改良，所述性狀涵蓋具有增 加的淀粉含量的馬鈴薯塊莖和具有增加的或改變的脂肪酸含量的油籽植物如卡諾拉油菜 和向日葵。隨著增加的植物油消費和使用，種子油含量和種子油水平的改良日益普遍（如 Tiipfer等，，1995, Science268 :681-686)。在轉基因植物中操縱生物合成途徑為分子生 物學家和植物生化學家提供了大量機會去影響植物新陳代謝，以引起特定更高價值產品的 產生。種子油的產生或合成（composition)已在大量傳統油籽植物如大豆（美國專利第 5, 955, 650號）、卡諾拉油菜（美國專利第5, 955, 650號）、向日葵（美國專利第6, 084, 164 號）、油菜（ TUpfer等，1995, Science268 :681-686)、和非傳統油子植物如煙草（Cahoon 等，1992, Proc. Natl. Acad. Sci.美國 89 :11184-11188)中改變。
[0050] 植物種子油包括中性和極性脂質（見表1)。中性脂質主要含有三酰甘油，其是在 種子油體中積累的主要儲藏脂質。極性脂質主要在種子細胞的各種膜中發現，如微粒體、質 體、和線粒體膜和細胞膜。中性和極性脂質含有幾種常見的脂肪酸（見表2)和一系列不 太常見的脂肪酸。膜脂質的脂肪酸合成被高度調節且只有少量的脂肪酸在膜脂質中發現。 另一方面，可將大量非常規脂肪酸整合到許多植物物種種子中的中性儲藏脂質中（Van de Loo F. J.等，1993,Unusual Fatty Acids in Lipid Metabolism in Plants,第91-126頁， TS Moore 編著，Jr. CRC 出版；Millar 等，2000, Trends Plant Sci. 5 :95-101)。
[0051] 表1植物脂質的分類
[0052]

【權利要求】
1.相對于對照植物改良植物產量相關性狀的方法，其中 當所述改良產量相關性狀為在非生物脅迫下增加植物產量時，所述方法包括調節編碼 滑膜肉瘤轉運（SYT)多肽的核酸序列在植物中的表達，和任選地選擇具有增加的產量的植 物，其中所述SYT多肽從N末端到C末端包含：（i)按照增加的優選順序，與SNH結構域SEQ ID NO :58 具有至少 20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、 80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%序列同一性的5見1結 構域；和（ii)富含Met結構域；和（iii)富含QG結構域； 當所述改良產量相關性狀為增加植物產量時，所述方法包括增加編碼cpFBPase多 肽的核酸序列在植物地上部分中的表達，和任選地選擇具有增加的產量的植物，其中所述 cpFBPase多肽在葉綠體中發揮功能且包含：（i)至少一個FBPase結構域；和（ii)至少一個 氧化還原調控插入片段； 當所述改良產量相關性狀為增加每株植物花數時，所述方法包括調節小誘導性激酶 (SIK)核酸和/或SIK多肽在植物中的表達，其中所述受調節的表達包括編碼SIK多肽的 核酸在植物中的超量表達；或者當所述改良產量相關性狀為增加千粒重（TKW)、增加收獲 指數（HI)和增加飽滿率中的一種或多種，所述方法包括調節小誘導性激酶（SIK)核酸和/ 或SIK多肽在植物中的表達，其中所述受調節的表達包括減少或基本去除內源SIK基因在 植物中的表達； 當所述改良產量相關性狀是改良種子中儲藏物含量時，所述方法包括調節II類 HD-Zip轉錄因子的編碼核酸在植物中的表達； 所述方法包括調節編碼SYB1蛋白質的核酸在植物中的表達，其中所述SYB1蛋白質的 序列包括3個RanBP型鋅指結構域和任選地一個或多個低復雜度結構域，但沒有與所述鋅 指結構域不重疊的其他結構域；或者 當所述改良產量相關性狀是增加植物的種子產量時，所述方法包括調節編碼AZ多肽 的核酸在植物中的表達，和任選地選擇具有增加的產量的植物，其中所述AZ多肽包含至少 一個錨蛋白重復和至少一個C3H1鋅指結構域。
【文檔編號】C12N15/82GK104099368SQ201410229660
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2007年8月2日 優先權日:2006年8月2日
【發明者】V·弗蘭卡德, V·米隆諾弗, C·勒佐, A·I·桑茲莫林納羅 申請人:克羅普迪塞恩股份有限公司