[发明专利]展现增加的产量和干旱耐受的转基因玉米植物

说明书

本发明涉及转基因玉米植物或其部分，其包含能够表达细胞壁转化酶或其功能性部分，优选红叶藜细胞壁转化酶或其功能性部分的核酸作为转基因，其中所述细胞壁转化酶或其功能性部分的表达导致所述转基因玉米植物表现出对非生物胁迫的增强的耐受性和/或增加的产量，涉及产生这种转基因玉米植物的方法，涉及增强玉米植物对非生物胁迫的耐受性的方法和/或增加玉米植物的产量潜力的方法，涉及能够表达细胞壁转化酶或其功能性部分，优选红叶藜细胞壁转化酶或其功能性部分的核酸，涉及包含这种核酸的载体，所述核酸或载体用于增强玉米植物对非生物胁迫的耐受性、用于增加玉米植物的产量潜力和/或用于保护玉米植物免受非生物胁迫的用途，以及涉及从本发明的转基因玉米植物或其部分产生乙醇或甲烷的方法。

植物在其生命期内暴露于一系列非生物胁迫条件，例如热胁迫、寒冷胁迫、低温胁迫、盐度胁迫、干旱胁迫等。这些胁迫条件是植物生长和生产力的重要限制因素。因此，植物暴露于例如热和/或干旱条件下可通常会导致植物材料(例如叶片、种子、果实和其他可食用或可用产品)的产量降低。经济上重要的植物，如玉米、水稻或小麦的这种产量降低代表了重要的经济因素，其中特别是在许多欠发达国家，这种产量降低可能导致食物短缺，其危及人口的粮食供应。

玉米是世界上产量最高的作物。这种谷粒以总产量超过10亿公吨在全世界至少164个国家生长。在凉爽和炎热的气候中，玉米生长的纬度变化于从赤道到南和北50度略高、从海平面到海拔3000米以上，并且以生长周期的范围从3到13个月。因此，玉米植物供应保持在高水平对于世界人口的食物供应而言是重要的。然而，特别是极端天气条件(如极度高温、极度寒冷、极度潮湿、极度干旱等)下的地区会导致无法确保食物供应的危险，其鉴于过去几年的明显天气变化，已成为甚至更重要的主题。此外，鉴于例如油、煤炭和天然气的资源的燃烧导致世界气候变暖，并且需要由于其再生不会导致负二氧化碳平衡的资源的事实，过去几年玉米作为可再生资源的重要性已经增加。

鉴于此，提供以其所有形式和其他非生物因素来面对气候，并且尽管有高温、寒冷、干旱、盐度、潮湿等，仍能提供高产量的玉米植物和其他作物植物是科学的需求。

细胞壁转化酶(invertase)，也称为细胞外转化酶，是植物适当代谢、生长和分化的关键酶。它们通过在细胞外将蔗糖水解为葡萄糖和果糖，其随后通过单糖转运子输入到靶细胞中。单糖不仅可以作为用于植物的碳和能量的来源，而且它们也是可能在植物中调节细胞分裂、生长、分化、代谢和资源分配的关键信号分子。细胞壁转化酶被认为是通过质外体途径向库组织提供碳水化合物的关键。

细胞壁转化酶在本领域中已知可能增加某些植物的谷粒产量和生物质。因此，Li等(Li B.et.al.,Plant Biotechnology Journal,2013,11,1080-1091)公开了转基因玉米植物中三种细胞壁转化酶基因(AtCWIN1，OsGIF1和ZmMn1)的组成型过表达，其导致谷粒产量的增加。Schweinichen和Büttner(Schweinichen C.and Büttner M.,Plant Biol.(Stuttg),2005,7,469-475)公开了拟南芥中红叶藜(Chenopodium rubrum)细胞壁转化酶的根特异性表达，其可能是由于广泛根生长而导致整株植物的早开花和增加的生物质。Albacete A.等，Journal of Experimental Botany,2015,66,863-878公开了转基因番茄中红叶藜细胞壁转化酶的果实特异性表达可导致干旱耐受性提高，但是他们没有观察到增加的苗重或叶面积，即生物质。

尽管有这些提高植物产量的成功，仍然需要提供即使在不利的非生物条件下也能产生高的生物质产量的经济上重要的植物。

为了解决该问题，本发明人成功地开发了玉米植物，其中因这些玉米植物显示出增强的干旱耐受性和增强的生物质产生而克服了先前玉米植物的缺点。因此，本发明人将红叶藜细胞壁转化酶(CrCIN)引入玉米植物中，并发现这些玉米植物产生了增加的产量并且对干旱具有增加的耐受性。

下面参考权利要求描述本发明。