[发明专利]高粱基因(MA5/MA6)的发现和利用

说明书

发明背景

本申请要求于2008年7月21日提交的美国临时申请第61/082,388号的优先权。上述申请通过参考完整引入本文中。

本发明是在美国国家科学基金会提供的第DBI-0321578号基金和美国能源部提供的第DE-FG02-06ER64306号基金的政府支持下作出的。美国政府拥有本发明的某些权利。

序列表的引入

包含于2009年7月21日创建的、24.8K字节的、文件名为“TAMC010WO_Sequence_Listing”的文件中的序列表，通过电子提交方式提交，本文通过参考引入。

1.发明领域

本发明一般地涉及植物遗传学和分子生物学领域。尤其是，它涉及通过利用分子标记生产高生物质(biomass)的高粱杂种。

2.相关技术的说明

生物质产量是设计用于木质纤维素转化为生物燃料或生物能源的生物质或生物能源作物的最重要属性之一。生长期是生物质产量的首要决定因素，因此假设环境条件允许产量潜力得以表达，晚花(lateflowering)或无花(non-flowering)植物积累最多的生物质。

一旦高粱开始开花，植物营养体(茎、叶)的生长停止，使得碳和氮化合物被用于籽粒产生。因此，生物质积累在生殖期总体减少至一定程度，并且一旦籽粒灌浆已完成(除非籽粒产生后截根(ratooning))即停止。

与此相反，为了生物质生产而种植的晚花或无花生物能源高粱作物通过建立更大的植物营养体而继续累积生物质，直到霜冻或不利的环境条件(例如，干旱、冷)抑制光合作用。据估计，假设在整个生长季节都有合理的生长条件，晚花/无花生物质高粱的产量将是每亩食用高粱累积的生物质的两倍以上。因此，需要生产晚花或无花高粱。

发明内容

本发明通过使用分子标记进行选择克服了现有技术在生产高生物质高粱杂种中的主要缺陷。

在一个方面，本发明提供了一种用于生产晚花或无花杂种高粱植物的方法，包括使第一早花高粱植物与第二早花高粱植物杂交，其中，第一和第二早花高粱植物的每一个对于对早花表型有贡献的至少一个等位基因是纯合隐性的，而且其中，第一和第二早花高粱植物不是对于同一个对早花表型有贡献的等位基因为纯合隐性的。在一个实施方式中，杂种后代植物包括显性Ma7或Ma3等位基因。

在进一步的方面，本发明提供了对于至少Ma5或Ma6等位基因为杂合显性的第一高粱植物与对于至少Ma5或Ma6等位基因为纯合隐性的第二高粱植物的杂交。

在再进一步的方面，本发明提供了对于至少Ma5或Ma6等位基因为纯合显性的第一高粱植物与对于至少Ma5或Ma6等位基因为纯合隐性的第二高粱植物的杂交。

在某些实施方式中，第一或第二早花高粱植物可以通过以下方法产生：a)使包含优良生物能源性质的对于Ma5和Ma6为纯合显性的晚花或无花高粱植物与对于Ma5或Ma6等位基因为纯合隐性的早花高粱植物杂交；b)使F₁后代近交；和c)选择对于Ma5或Ma6为纯合隐性但不是对于同一个Ma5或Ma6等位基因为纯合隐性且包含所述优良的生物能源性质的早花高粱F₂植物。

在另一实施方式中，第一或第二早花高粱植物可以通过以下方法产生：诱变晚花或无花高粱植物，以产生包含无活性的光周期感测途径(photoperiod sensing pathway)中的基因的早花后代。在某些实施方式中，光周期感测途径中的基因选自Ma3、Ma5、Ma6和Ma7。例如，Ma3基因可以包含编码PhyB的核酸，Ma5基因可以包含编码COP9FUS5同系物或Myb转录因子的核酸，Ma6基因可以包含编码高粱Prr37的核酸，Ma7基因可以包含编码选自PhyC、MADS-盒14蛋白质和AP1的多肽的核酸。

在一些实施方式中，第一或第二早花高粱选自ATx623、EBA-3和R.07007。

在某些实施方式中，本发明提供了一种选择本发明的杂交的后代植物的方法，包括包含与Ma5或Ma6等位基因遗传连锁的至少第一遗传标记的标记辅助的选择。例如，在一个实施方式中，与Ma5等位基因遗传连锁的遗传标记可以包含编码选自COP9FUS5同系物和Myb转录因子的多肽的核酸，在另一实施方式中，与Ma6等位基因遗传连锁的遗传标记包含编码高粱Prr37的核酸。在本发明特别的实施方式中，高粱Prr37多肽可以在位置166处包含赖氨酸，或可以由包含SEQ ID NO：1的核酸分子编码。