[发明专利]柳枝稷生物学防范

说明书

关于联邦资助研究的声明

本文中所描述工作的资金由联邦政府提供(美国农业部拨款号8-3A75-6-501，项目DE-PS36-06GO96002F)，联邦政府具有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年11月25日提交的第61/117,612号美国申请的优先权。认为在先申请的公开内容是本申请公开内容的一部分(且其以引用的方式并入本文)。

发明领域

本发明涉及用于转基因植物的生物防范的方法和材料。具体而言，本发明属于可用于使柳枝稷(switchgrass)中不必要的转基因传递最小化的方法和材料。

发明背景

柳枝稷是黍科的一种耐寒的多年生暖季草。柳枝稷原产于美国和加拿大中部平原，并且能生长到高达1.8m至2.2m。柳枝稷通过根茎和小穗上生成的种子繁殖。通常认为一片柳枝稷生长三年才能达到其完全的潜力。柳枝稷使用C4碳固定途径，所述C4碳固定途径允许其生长期期间水利用效率的改善，这在干旱和高温条件下提供了优势。一旦建立，柳枝稷还耐受水淹，而且生长快速，捕获相当大量的太阳能，并将其转化成木质纤维素组分形式的储能。

柳枝稷作为牧草、作为控制侵蚀的地被物及作为家畜饲料使用。柳枝稷在氮固定方面是高度有效的，而且可以在作物轮作中种植以补充被其它作物(诸如玉米)自土壤消耗的营养物。

柳枝稷也可以作为能源作物使用。柳枝稷作为能源作物提供了重要的优点，这部分是因为它可以液化、气化或直接燃烧。一旦在田地中建立，它通常每年或每半年收获，在再种植前持续10年或更长。自柳枝稷的乙醇生产可提供的净能量输出比玉米多20倍，而且自空气除去相当多的CO₂。柳枝稷具有每公吨植物材料生产多达100加仑(380升)乙醇的潜力，与来自甘蔗蔗糖的665加仑乙醇和来自玉米淀粉的400加仑相比，这给予柳枝稷每英亩生产1000加仑乙醇的潜力。

柳枝稷颗粒的燃烧可以导致仅剩余初始质量的3％至4％作为灰烬，这部分是由于与凉季草相比，柳枝稷的硅和氯含量较低。可以通过让柳枝稷在田地里过冬，由此进一步经由淋洗过程来降低硅和氯含量，从而进一步降低灰分含量。与粘土形成对比，从灰分含量观点来看，在砂类土中生产柳枝稷也有优点，这又基于硅和氯含量。

现在，转基因植物在农业产业中是常见的。柳枝稷中期望的转基因性状包括昆虫抗性、应激耐受性和增加的生物质产率。随着转基因柳枝稷植物得到开发并引入环境中，控制转基因性状从转基因柳枝稷植物向其它传统的和转基因的柳枝稷品种或者甚至其它植物物种的不期望的扩散是重要的。虽然已经采用物理隔离和花粉捕捉边行来控制研究条件下的其它物种的转基因植物，但是这些方法都很麻烦，而且对于柳枝稷而言是不实际的。在没有机械干预的情况下，有效控制转基因性状的传递和表达的方式对于管理生物质制备中使用的转基因柳枝稷植物会是有用的。

发明概述

本发明的特征在于可用于控制转基因性状在柳枝稷植物中传递的方法和材料。本发明的方法和材料使转基因性状从一种转基因柳枝稷植物群体向其它柳枝稷群体的不必要的传递最小化或者甚至消除，因此便于栽培转基因柳枝稷。

在一个方面，本发明的特征在于一种用于生成柳枝稷种子的方法和通过所述方法生成的F₁种子和植物。该方法包括杂交在传粉方面接近多个第二柳枝稷植物处种植的多个第一柳枝稷植物。第一柳枝稷植物对于第一外源核酸是纯合的，所述第一外源核酸包含与植物不育序列可操作连接的转录因子激活序列。第二柳枝稷植物对于第二外源核酸是纯合的，所述第二外源核酸包含与结合激活序列的转录因子的编码序列可操作连接的调节区。

所述方法还包括收集在第一柳枝稷植物和/或第二柳枝稷植物上形成的F₁种子。自F₁种子种植的F₁柳枝稷植物表达植物不育序列，而且是不育的。

第一柳枝稷植物、第二柳枝稷植物或第一和第二柳枝稷植物两者是克隆繁殖性植物。例如，第一柳枝稷植物可以是克隆繁殖性植物，而第二柳枝稷植物是遗传异质植物群体。或者，第一柳枝稷植物和第二柳枝稷植物两者可以是克隆繁殖性植物。作为另一个备选，第一柳枝稷植物可以是异质植物群体，而第二柳枝稷植物可以是克隆繁殖性植物。