具有增加的果实数目的黄瓜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及能够产生增加的果实数目的黄瓜植物，其中增加的果实数目由至少两种基因的组合导致，所述基因单独地在纯合状态下导致单个叶表面相较于不具有任一种所述基因的同基因黄瓜植物减小，其中所述组合的所述基因的每一种处于杂合状态，并且其中所述增加的果实数目是相较于仅具有一种或不具有所述基因的同基因黄瓜植物而言的。本发明还涉及这样的黄瓜植物的种子、果实和后代以及适合用于产生这样的黄瓜植物的繁殖材料。还包括在本发明中的是用于增加受体黄瓜植物的果实数目的产品。此外，本发明涉及这样的黄瓜植物、种子和繁殖材料在育种程序中的用途。NCIMB 4194620120308NCIMB 4194720120308
【专利说明】具有增加的果实数目的黄瓜
[0001] 本发明涉及包含导致果实数目增加的遗传信息的黄瓜植物（Cucumis sativus)。 本发明还涉及这样的植物的种子和后代并涉及用于获得这样的植物的繁殖材料。此外，本 发明还涉及包含所述遗传信息的植物、种子和繁殖材料作为种质用于育种程序的用途。
[0002] 培育新蔬菜品种是基于开发新性状或改善现有性状的能力的假定。任何作物的传 统重要的性状为疾病抗性、贮存期限、果实品质、植物活力和产率。
[0003] 产率增加属于待获得的最复杂的数量性状。在遗传上和环境上存在许多过程 和与植物和果实发育的其它方面的相互作用。例如在黄瓜中，已进行了几个研究来分析 多种可能或会促进产率的组分。黄瓜中另外的复杂因素被观察为：目前种植的黄瓜的 遗传基础相当狭窄并且为重组和改良提供有限的空间（Meglic等人，Genet. Res. Crop Evol. 46:533-546, 1996)。对于长黄瓜（long cucumber)尤其如此。可随意地将它们与其 较短的亲缘物例如slicer、Beit a类型或pickling组合，但是可从那些亲缘物引入的基因 通常对植物活力或对长黄瓜大小和因此对其高产率具有负面效应。
[0004] 在温室生长的长黄瓜中可获得非常高的产率，2008年在荷兰约为80kg/m 2的平均 值。由于不同的生长类型和较短的生长期，也由于作物的遗传潜力，较短的黄瓜的产率要显 著更低。在美国，2008年的黄瓜（主要是slicer以及腌食用小黄瓜）平均产率约为1. 6kg/ m2。这表明在不同的生长实践和属于同一黄瓜物种的各种类型之间存在潜力的巨大缺口。
[0005] 尽管产率受环境因素的强烈影响，但是研究已显示例如雌性节点的数目和 至开花的天数与每个植物的产率负相关（1^^2-3686 3]1(13丨31113，]\411161\3〇〇.11〇1'1：. Sci. 127(6) : 931-937, 2002)，而例如更大的叶片大小和主茎长度则与每个植物的产率（果 实质量）正相关（Serquen et al, J. Amer. Soc. Hort. Sci. 122 (4) : 522-528, 1997)。
[0006] 可在黄瓜生长中用于增加每平方米产率的一个方法是以更高的密度种植。然而增 加植物密度将需要每面积更多的植物数目，这意味着每面积更高的成本。如果植物本身不 产生更高的产率，那么必须存在补偿那些成本的另一种方式。此外，更密集的种植可导致光 强度的减少，这产生较差的植物和果实发育。每面积更多的植物数目通常还由于微小气候 的变化而导致更高的发病率。已知适合用于更密集种植的植物（例如具有较小叶的植物） 具有消极的副作用例如缓慢生长、较差的果实品质或较低的产率/植物。此外，这还意味着 种植材料的每面积更高的成本。
[0007] 本发明的目的是提供黄瓜植物（Cucumis sativus)，其包含导致每植物果实数目 增加的基因组合。
[0008] 在导致本发明的研究过程中，发现了导致黄瓜植物的果实数目增加的基因组合。 与主流的假设相反，出人意料地观察到至少两种单独地在纯合状态时导致叶大小减小的基 因的组合，当在杂合状态下组合时产生更高的每植物果实数目。
[0009] 本发明从而提供了能够产生增加的果实数目的黄瓜植物，其中增加的果实数目由 至少两种单独地在纯合状态时导致单个叶表面减小（相较于不具有任一种所述基因的同 基因黄瓜植物）的基因的组合而引起，其中所述组合的每一种所述基因以杂合状态存在， 并且其中增加的果实数目是相较于仅具有一种或不具有所述基因的同基因黄瓜植物而言 的。
[0010] 至少两种基因在杂合状态下的组合优选不导致如所述基因的至少一种以纯合状 态存在时所引起的单个叶表面的显著减小。
[0011] 在本发明的一个实施方案中，导致果实数目增加的基因组合是如存在于包含这样 的基因组合的黄瓜植物中的基因组合：所述植物的代表性种子在保藏号NCMB 41946 (包 含在纯合状态下的两种基因的组合）和NCMB 41947 (包含在杂合状态下的两种基因的组 合）下保藏于NCIMB。本发明的基因组合可通过从包含所述基因的黄瓜植物的基因渗入来 获得，所述植物的代表性种子在保藏号NCMB 41946 (包含在纯合状态下的两种基因的组 合）和NCMB 41947(包含在杂合状态下的两种基因的组合）下保藏于NCMB。后者的组合 是本发明的组合。第一保藏的种子的植物是适合用于产生本发明的植物的亲本植物。
[0012] 已知在黄瓜和其它作物中，在较大的叶大小和每植物果实产率之间存在正相关。 然而，在导致本发明的研究过程中，遵循了不寻常的方法来达到通过较高的果实数目获得 较高的产率的目的。
[0013] 已知多种基因导致小的黄瓜叶。通常小叶类型发现于短黄瓜类型例如腌食用小黄 瓜中。另一种具有小叶的黄瓜是野生亚种hardwickii。小叶是由单隐性基因决定的。这表 明在杂合状态下隐性等位基因对叶大小没有作用。
[0014] 当小叶基因被纯合地引入长黄瓜类型时，叶大小的减小是显著的。然而，已知具有 纯合地导致小叶的基因的植物具有较差的果实品质，通常表现为减小的大小、不良的种腔 和较差的果实颜色。特别地对于其中高水平的内部和外部果实品质极为重要的长黄瓜，这 些减小是不可接受的。国内研究也已得出结论：已知的导致小叶的基因的纯合引入导致长 黄瓜类型的产率的显著减小。
[0015] 然而，本发明人使用了不同的方法，其中在杂合状态下组合两种不同的各自已知 在纯合状态下导致小叶的基因。当在长黄瓜背景下引入一种杂合的基因时，如对于隐性基 因所预期的，叶大小的减小不存在或非常低并且不显著。
[0016] 在长黄瓜背景下，两种所述基因的纯合地组合相较于当仅一种小叶基因纯合地存 在时导致甚至更小的叶大小。然而，仍然如所预期的，杂合地两种基因不产生有限的叶大小 或不引起叶大小的减小。
[0017] 然而令人惊讶地，已发现导致小叶的基因的杂合引入的确具有效应，尽管对叶大 小具有可忽略不计的作用。已发现具有杂合的小叶基因的植物的果实数目相对于缺乏该基 因的同基因植物的果实数目显著增加。此外，存在产率/植物或产率（kg)/m 2的平均增加 (表1和2)。
[0018] 进行了继续的研究，其中将两种而非仅一种导致小叶的基因杂合地组合至黄瓜植 物中。当组合两种导致相同性状的基因时，可能的情况是性状被表达为当仅有那些基因的 一种存在时其会被表达的那样，例如由于它们都在相同的步骤影响相同的途径，或者因为 已达到了性状的最优值。另一个选项是基因干扰以至于最终的表达相较于当仅一种基因存 在时的表达减小。叠加效应的获得必然不是理所当然的事。
[0019] 值得注意的是，已确定两种杂合小叶基因的组合导致相较于仅包含一种杂合小叶 基因的植物更高的每植物果实数目。
[0020] 在优选实施方案中，至少两种基因在杂合状态下的组合导致果实数目比包含杂合 状态下的所述至少两种基因的任一种的植物的果实数目的单独增加的总和增加得更多。因 此两种小叶基因的组合具有协同效应。
[0021] 在随后的研究过程中，进一步研究了两种基因的组合的作用。结果显示在某些情 况下，双杂合植物的更高的果实数目不仅等于两个单独增加的总和，这本身就是意外的，而 且可获得杂种优势效应，从而导致比单独增加更高的增加（表1和2)。对于产率/植物或 产率/m 2发现了相同的效应。
[0022] 表 1
[0023] 杂合地具有0、1或2种小叶基因的黄瓜品种的产率比较
【权利要求】
1. 能够产生增加的果实数目的黄瓜植物，其中增加的果实数目由至少两种基因的组合 导致，所述基因单独地在纯合状态下导致单个叶表面相较于不具有任一种所述基因的同基 因黄瓜植物减小，其中所述组合的所述基因的每一种处于杂合状态，并且其中所述增加的 果实数目是相较于仅具有一种所述基因或不具有所述基因的同基因黄瓜植物而言的。
2. 权利要求1的黄瓜植物，其中至少两种基因在杂合状态下的组合不导致由至少一种 所述基因在纯合状态下的存在所导致的单个叶表面的显著减小。
3. 权利要求1或2的黄瓜植物，其中基因的组合是如存在于包含所述基因的黄瓜植物 中的，所述植物的代表性种子以保藏号NCMB41946保藏于NCMB，其包含纯合状态的两种 基因；以及以保藏号NCMB 41947保藏于NCMB，其包含杂合状态的两种基因。
4. 权利要求1至3的任一项的黄瓜植物，其中至少两种基因在杂合状态下的组合导致 果实数目比包含至少两种在杂合状态下的基因的任一种的植物的果实数目的分别增加的 总和增加得更多。
5. 用于增加受体黄瓜植物的果实数目的产品，其中所述产品包含至少两种在杂合状态 下的遗传决定子，所述遗传决定子当分别地以纯合状态存在于黄瓜植物的基因组中时，导 致单个叶表面相较于不具有任一种所述遗传决定子的同基因黄瓜植物减小，并且其中所述 产品中包含的遗传决定子的任一个选自：基因、等位基因、基因构建体、QTL、启动子、分离的 基因、转基因、DNA序列。
6. 权利要求5的产品，其中遗传决定子的组合是如存在于包含所述基因决定子的黄瓜 植物中的，所述植物的代表性种子以保藏号NCMB 41946保藏于NCMB，其包含纯合状态的 两种基因；以及以保藏号NCMB 41947保藏于NCMB，其包含杂合状态的两种基因。
7. 权利要求1至4的任一项的黄瓜植物的种子，其中所述植物可从包含权利要求1至 4的任一项中定义的基因的组合的种子生长而来。
8. 权利要求1至4的任一项的黄瓜植物的后代或权利要求7的黄瓜种子的后代，其包 含权利要求1至4的任一项中定义的基因的组合。
9. 适合用于产生权利要求1-4或8的任一项的植物或适合用于产生权利要求7的种子 的繁殖材料，其中所述繁殖材料适合用于有性繁殖，并且特别地选自小孢子、花粉、子房、胚 珠、胚囊和卵细胞，或者适合用于营养繁殖，并且特别地选自插枝、根、茎、细胞、原生质体， 或适合用于可再生细胞的组织培养物，并且特别地选自叶、花粉、胚、子叶、下胚轴、分生细 胞、根、根尖、花药、花、种子和茎，其中从所述繁殖材料产生的植物包含权利要求1至4的任 一项中定义的基因的组合。
10. 权利要求1-4或8的任一项的植物的黄瓜果实，所述果实在其基因组中包含权利要 求1至4的任一项中定义的基因的组合。
11. 任选地为加工形式的包含权利要求10的黄瓜果实的食物产品或其部分，所述食物 产品在其基因组中包含权利要求1至4的任一项中定义的基因的组合。
12. 权利要求1-4或8的任一项的植物或从权利要求7的种子产生的植物或从权利要 求9的繁殖材料产生的植物在育种程序中作为种质用于产生具有每植物增加的果实数目 的黄瓜植物的用途。
【文档编号】A01H1/00GK104394685SQ201380020454
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】C·哈林 申请人:瑞克斯旺种苗集团公司