植物中雄性育性的遗传减少的制作方法
【专利说明】
[000。 交叉引用
[0002] 本申请要求提交于2012年3月13日的美国临时专利申请61/610,252、提交于 2013年3月12日的PCT申请PCT/US2013/30406和提交于2013年3月12日的PCT申请 PCT/US2013/30455的优先权和权益，其公开内容据此W引用方式并入。
技术领域
[0003] 本发明整体涉及分子生物学领域，具体地讲涉及植物育性的调节W改善植物胁迫 耐性。
[0004] 背景
[0005] 许多植物的驯化已与产量显著增加相关。天然群体中发生的大多数表型变异是连 续的并且受多种基因影响的作用。对造成驯化植物中产量显著不同的特定基因的鉴别已成 为农业研究的重要焦点。
[0006] 植物在发育生命周期期间在各种植物组织间分配光合产物、矿质营养和其他生长 组分。在玉蜀泰中，例如，穗和穗丝为共享某些发育过程并且相互竞争所需营养物质的特定 雌性和雄性花序结构。穗丝顶端显性可限制玉蜀泰植物中的穗生长和谷粒产量潜力，本文 公开了提高谷粒产量的方法和组合物。
【发明内容】
[0007] -种用于在植物中增加产量或维持产量稳定性的方法，该方法包括减少雄性育 性，从而在雄性和雌性组织同时发育期间增加分配至雌性生殖组织的营养物质。在一个实 施例中，通过改变遗传雄性育性基因的表达或活性来减少植物中的雄性育性。在一个实施 例中，植物在非生物胁迫下生长。在一个实施例中，营养物质限定为氮。在一个实施例中， 具有减少的雄性育性的植物具有选自如下的农学参数：增大的SPAD值、增加的抽穗丝、增 加的穗长度、增加的穗宽度、增加的每个穗的种子数、增加的每个穗的种子重量和具有增加 的胚尺寸的种子。在一个实施例中，植物在干旱胁迫下生长。在一个实施例中，通过雄性不 育来提高植物的耐旱性。
[0008] -种用于增加玉蜀泰植物中的产量或维持产量稳定性的方法，该方法包括减少雄 性育性，从而在雄性和雌性组织同时发育期间增加分配至雌性生殖组织的营养物质。在一 个实施例中，植物包含导致显性遗传雄性不育的核基因中的突变。
[0009] 在一个实施例中，本文公开的植物的雄性育性通过表达编码SEQIDN0S;14或 153的无功能的SP。在一个实施例中，多核巧酸选自SEQIDNOS; 13、15和152。
[0010]在一个实施例中，雄性育性在选自SEQIDNO;64-106、134、137、142、143、144、149 和150的调控元件下通过表达抑制穗丝的核酸而减少。
[0011]在一个实施例中，雄性育性在选自SEQIDNO;64-106、134、137、142、143、144、149 和150的调控元件下通过表达核酸而减少，所述核酸抑制编码SEQIDNO;107的氨基酸序 列的多核巧酸的表达64-106、134、137、142、143、144、149和150的调控元件下通过表达抑 制穗丝的核酸而减少。
[0012] 在一个实施例中，雄性育性通过表达编码多肤的核酸而减少，所述多肤具有对应 于SEQIDN0;14的第37位氨基酸的突变，其中多肤选自SEQIDN0;14、108-130。在一个 实施例中，突变导致信号肤的不当加工。
[0013] 在一个实施例中，表现出减少的雄性育性的植物为玉蜀泰非转基因植物。在一个 实施例中，雌性组织发育为玉蜀泰中的穗发育。
[0014] 在一个实施例中，导致减少的雄性育性的突变在植物的内源育性基因中进行改 造。
[0015] 一种在具有第一玉蜀泰植物群体的田地中增加玉蜀泰产量的方法，该方法包括在 田地中栽培玉蜀泰植物群体，其中玉蜀泰植株由于存在包含SEQIDNO;14或其同系物的氨 基酸序列的多肤而表现出显性雄性不育，并且其中所述田地还包含第二玉蜀泰植物群体， 所述第二玉蜀泰植物群体产生有效量的花粉W使田地中的第一玉蜀泰植物群体受精，从而 相较于不包含第一植物群体的对照田地产量增加。在一个实施例中，第一植物群体包括田 地中玉蜀泰植株的约50%至约90%。在一个实施例中，第一植物群体包括田地中玉蜀泰植 株的约80%。在一个实施例中，第一植物群体包括田地中玉蜀泰植株的约75%。在一个实 施例中，第一植物群体包括田地中玉蜀泰植株的约85 %。在一个实施例中，第一植物群体包 括田地中玉蜀泰植株的约70%。在一个实施例中，第一植物群体包括田地中玉蜀泰植株的 约95 %。在一个实施例中，所得的子代是可育的。
[0016] 在田地中生长的玉蜀泰植物群体，其中玉蜀泰植物群体包括具有减少的雄性育性 的第一亚群体和表现出正常的雄性育性的第二亚群体，其中所述玉蜀泰植物群体产生与对 照植物群体相比增加的谷粒产量。在一个实施例中，种子由玉蜀泰植株产生，其中所述种子 产生可育的植株。
[0017] 一种具有多核巧酸的分离的核酸分子，所述多核巧酸引发植物细胞中的转录并且 包括选自如下的序列：
[0018]a.沈QIDNO;13 和 62、沈QIDNO;64-106、134、137、142、143、144、149和150的 启动子区；
[0019] 6.沈9 10^;13、62、64-106、134、137、142、143、144、149和150的至少100个连 续核巧酸；W及
[0020] C.与SEQIDNO;13、62、64-106、134、137、142、143、144、149和150的全长具有至 少70%序列同一性的核巧酸序列。
[0021] 表达盒具有引发如本文所公开的转录并且可操作地连接到目的多核巧酸的多核 巧酸。在一个实施例中，载体包括本文所述的表达盒。在一个实施例中，植物细胞已将本文 所述的表达盒稳定惨入到其基因组中。在一个实施例中，植物细胞来自单子叶植物。在一 个实施例中，单子叶植物为玉蜀泰、大麦、小麦、燕麦、裸麦、高梁或水稻。
[0022] 在一个实施例中，包括已将本文所述的表达盒稳定惨入到其基因组中的植物。在 一个实施例中，植物为单子叶植物。在一个实施例中，植物为玉蜀泰、大麦、小麦、燕麦、裸 麦、高梁或水稻。
[0023]公开了本文所述的植物的转基因种子。在一个实施例中，公开了编码基因产物的 多核巧酸，所述基因产物赋予病原体或昆虫抗性。
[0024] 在一个实施例中，植物还包含编码多肤的多核巧酸，所述多肤涉及营养物质吸收、 氮利用效率、耐旱性、根强度、根耐倒伏性、±壤害虫管理、玉米根虫抗性、碳水化合物代谢、 蛋白质代谢、脂肪酸代谢或植物激素生物合成。
[0025] 玉蜀泰种子的单位，其包括一部分为转基因的雄性不育种子和一部分为转基因的 雄性可育种子，其中雄性不育转基因种子与该单位中总玉蜀泰种子的比例在约50%至约 95%的范围内。在一个实施例中，一个单位为一袋玉蜀泰种子。
[0026] 玉蜀泰种子的种子混合物，其包括一部分为转基因的雄性不育种子和一部分为转 基因的雄性可育种子，其中雄性不育转基因种子与该单位中总玉蜀泰种子的比例在约50% 至约95%的范围内。在一个实施例中，种子混合物在一袋玉蜀泰种子中。在一个实施例中， 雄性不育种子在单独的袋中。在一个实施例中，雄性不育种子与雄性可育种子在相同的袋 中混合。
[0027] 在一个实施例中，雄性育性基因编码SEQIDNO;10的蛋白质。在一个实施例中， 雄性育性基因包括SEQIDNO; 13的核巧酸序列。在一个实施例中，雄性育性基因编码SEQ IDNO; 14的多肤。
[0028] 在一个实施例中，雄性育性的减少或使植物雄性不育通过在相对于SEQIDNO;13 的第一Met密码子的第118位从G变为A的单个核巧酸置换来实现，得到在第37位氨基酸 处的氨基酸改变，在预测的蛋白质中从丙氨酸变为苏氨酸。在一个实施例中，雄性育性的减 少或使植物雄性不育通过在相对于SEQIDNO;2629的第一Met密码子的第119位从C变 为T的单个核巧酸置换来实现，得到在第37位氨基酸处的氨基酸改变，在预测的蛋白质中 从丙氨酸变为额氨酸。在一个实施例中，显性雄性育性基因可操作地连接到选自如下的启 动子；诱导型启动子、组织优选的启动子、时间调节型启动子或其元件。例如，启动子优先地 驱动雄性生殖组织中的表达。
[0029] 在一个实施例中，雄性育性在育种对的雌性植物（例如，雌性自交系）中减少。
[0030] 在一个实施例中，一种植物或细胞或种子或其子代，其包括减少的编码其基因组 中的SEQIDNO;10的第43-101位氨基酸序列的雄性育性序列，并且其中该雄性育性基因 的表达赋予显性雄性不育性状。
[0031] 分离的核酸分子包括能够引发植物细胞中的转录的多核巧酸并且包括选自如下 的序列；SEQIDNO;15，SEQIDNO;15的至少100个连续核巧酸，W及与SEQIDNO;15的 全长具有至少70%序列同一性的序列。在一个实施例中，表达盒或载体包括本文公开的可 操作地连接到目的多核巧酸的SEQIDNO; 15。
[0032] 适用于本文公开的材料和方法的植物包括，例如，玉米、高梁、卡诺拉油菜、小麦、 大麦、裸麦、黑小麦、水稻、甘藏、草坪草、珍珠粟、大豆、棉花。
[0033] 在一个实施例中，具有减少的育性或本文公开的任何其他性状的植物任选地具有 赋予W下目的表型或性状的一种或多种多核巧酸：营养物质吸收、氮利用效率、耐旱性、根 强度、根耐倒伏性、±壤害虫管理、玉米根虫抗性、除草剂耐性、抗病性、昆虫抗性、碳水化合 物代谢、蛋白质代谢、脂肪酸代谢或植物激素生物合成。
[0034] 一种在植物中增加产量或维持产量稳定性的方法，包括通过如下方式减少雄性生 殖组织发育：在雄性生殖组织优选的启动子的控制下表达转基因；W及在雄性和雌性组织 同时发育期间增加分配至雌性生殖组织的营养物质。
[00巧]在一个实施例中，雄性生殖组织为穗丝。在一个实施例中，雄性生殖组织发育通过 表达可操作地连接到启动子的基因而减少，所述启动子包括选自列表SEQIDNO;64-106的 序列的至少100个连续核巧酸。本文公开的启动子序列的子集，例如，SEQIDNO;64-70、 70-75、75-80、85-90、90-95、100-106同样适用于驱动本文公开的目的多核巧酸的组织优选 的表达。
[0036] 在一个实施例中，在本文公开的穗丝优选的启动子的控制下转基因地表达目的多 核巧酸（例如，具有显性雄性不育突变的Ms44)的植物或植物细胞或种子表现出提高的农 学参数，诸如在生殖发育期间增加分配至穗的营养物质。
[0037] -种包含多核巧酸的分离的核酸分子，所述多核巧酸引发植物细胞中的转录并且 包括选自如下的序列：
[0038]选自SEQIDNO;64-106 的序列，
[003引选自SEQIDNO;64-106的序列的至少100个连续核巧酸，W及
[0040] 与选自SEQIDN0;64-106的序列的全长或与其子启动子区具有至少70%至约 95 %序列同一性的序列。
[0041] 在一个实施例中，在本文公开的穗丝优选的启动子的控制下转基因地表达目的多 核巧酸（例如，祀向涉及穗丝发育的多核巧酸的RNAi抑制序列）的植物或植物细胞或种子 表现出提高的农学参数，诸如在生殖发育期间提高分配至穗的营养物质。
[0042] -种在植物中增加产量或维持产量稳定性的方法，包括减少雄性育性，并且在雄 性和雌性组织同时发育期间增加分配至雌性生殖组织的营养物质。在一个实施例中，通过 改变遗传雄性育性基因的表达来减少植物中的雄性育性。在一个实施例中，植物在胁迫下 生长。在一个实施例中，植物在营养物质限制条件，例如减少的可用氮下生长。
[0043] 在一个实施例中，具有减少的雄性育性并且其中营养物质在雄性和雌性组织同时 发育期间更多地分配至雌性生殖组织的植物表现出W下农学相关参数中的一者或多者；增 大的SPAD值、增加的抽穗丝、增加的穗长度、增加的穗宽度、增加的每个穗的种子数、增加 的每个穗的种子重量和增加的胚尺寸。
[0044] 在一个实施例中，具有减少的雄性育性并且其中营养物质在雄性和雌性组织同时 发育期间更多地分配至雌性生殖组织的植物在干旱胁迫下生长。在一个实施例中，通过雄 性不育来改善植物的耐旱性。
[0045] 分离的核酸分子包含W组织优选的方式引发植物细胞中的转录的多核巧酸，并且 包括来自W下序列的序列：
[0046]沈QIDNO;13、62 和 64-106;
[0047]SEQIDNO;13、62和64-106的至少100个连续核巧酸；W及
[004引与SEQ ID NO ;13、62和64-106的全长具有至少70%序列同一性的序列。
[0049] 在一个实施例中，一种在胁迫下在植物中增加产量稳定性的方法，包括在本文公 开的穗丝优选的启动子下表达影响雄性育性的元件从而减小在植物生殖发育阶段期间对 营养物质的竞争，并且其中产量增加。
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