[发明专利]具有改变的氮代谢的转基因植物

说明书

本申请主张2009年1月28日递交的美国临时专利申请系列号61/147,772的优先权，在此将其整个内容全部引用作为参考。

发明领域

本发明总体涉及在特定的植物组织和器官中过表达分离的多核苷酸从而提高所述植物产率的转基因植物，所述多核苷酸编码在氮代谢中有活性的多肽。

发明背景

人口增长和气候变化使得全球食品、饲料以及燃料短缺的可能性引起近年的巨大关注。农业消耗人类用水的70％，而现今，全球众多地区的降雨量下降。此外，随着土地使用从耕种转至城乡用地，更少公顷的耕地可用于种植农作物。农业生物技术试图通过能增加作物产量的植物遗传修饰，例如通过赋予植物对于非生物胁迫应答更好的耐受性或者通过增加生物量来满足人类日益增长的需要。

作物产量在此定义为每英亩收获的相关农产品(例如谷物、饲料或种子)的蒲式耳数。作物产量受到非生物胁迫如干旱、热、盐度、和冷胁迫，以及植物大小(生物量)的影响。传统的植物育种策略是相对慢的并且通常对于赋予对非生物胁迫的增加的耐受而言是不成功的。在玉米中，通过常规育种提高谷物产量几乎达到了平台期。在过去的一百年间，对于谷物产量的选择性育种，玉米的收获指数(即，收获时的生物量产量与总累计生物量的比)基本上没有改变。因此，近年来在玉米中发生的产量提高是每单位土地面积上总生物量生产增加的结果。这一增加的总生物量是通过增加种植密度而实现的，这造成适应性表型的改变，例如叶角度的减小，这可降低下层叶的遮光、以及雄花穗大小而可增加收获指数。

当土壤水分缺乏或者干旱期间没有水分时，作物产量受限。如果从叶的蒸腾超过根的水分供给，那么就产生植物水分缺乏。可用的水分供给与土壤中含有的水分量以及植物以其根系接触水分的能力相关。水分从叶的蒸腾与光合作用通过气孔的二氧化碳固定相关联。这两个过程是正相关的，使得通过光合作用的高二氧化碳流入与蒸腾作用的水分损失紧密相关联。随着水分从叶蒸腾，叶水势降低并且气孔趋于关闭，以水压过程的方式限制光合作用的量。由于作物产量取决于光合作用中的二氧化碳固定，水分摄取和蒸腾是作物产量的贡献因子。能使用较少水分来固定相同量的二氧化碳或者能够在较低水位下发挥正常功能的植物有进行更多光合作用并因此在多种农业体系下产生更多的生物量和经济作物产量的潜能。

农业生物学家致力于使用模式植物体系的检测、作物的温室研究以及大田实验来开发通过增加对于非生物胁迫的耐受或者通过增加生物量而展现增加的产量的转基因植物。例如，水分利用效率(WUE)通常是与干旱耐受相关的参数。也使用关于植物对脱水、渗透性冲击以及极端温度的应答的研究来测定植物对于非生物胁迫的耐受或抗性。

在低水分利用时的生物量增加可能是由于相对提高的生长效率或者降低的水分消耗。在筛选改善作物的性状时，不改变生长而水分利用减少将对于输水成本很高的灌溉农业体系尤为重要。水分利用没有相应增加而生长增加将可应用于所有农业体系。在供水不受限的许多农业体系中，生长增加，即使是以水分利用的增加为代价，也会增加产量。

农业生物学家也使用表示转基因对作物产量的潜在影响的其他参数的测量。对于饲料作物，如苜蓿、青贮玉米和干草，植物生物量与总产量相关联。然而，对于谷物作物，使用诸如植物大小的其他参数来预测产量，参数由总植物干重、地上干重、地上湿重、叶面积、茎体积、植物高度、莲座(rosette)直径、叶长、根长、根重、分蘖数、和叶数所测量。早期发育阶段的植物大小通常将与随后发育期的植物大小相关联。具有较大叶面积的较大植物通常可以比较小植物吸收更多的光和二氧化碳并因此将可能在相同的时间内获得更大的质量。对于植物大小和生长速率存在强的遗传组分，因此，对于一些不同基因型，在一种环境条件下的植物大小可能与另一种条件下的大小相关联。以此方式，使用标准环境来模拟作物在大田的不同位置和时间所经历的不同且动态的环境。