[发明专利]为增强转基因植物的干旱抗性和提高其产量而工程化NF-YB转录因子

说明书

本申请要求2009年1月28日提交的U.S.临时专利申请系列号61/147.777的优先权权益，在此将其全部内容引入作为参考。

发明领域

本发明总地涉及转基因植物，其过表达编码在转录调节中有活性的多肽之分离的多核苷酸，由此提高所述植物的产量。

发明背景

人口增加和气候变化使得全球食物、饲料和燃料短缺的可能性成为近年来的尖锐聚焦点。农业消耗70％人类所用的水，同时在世界许多地方降雨量下降。此外，随着从农田改为市区和城郊而对土地使用的改变，较少公顷的耕地可用于种植农作物。农业生物技术尝试通过可以增加作物产量的植物遗传改变来满足人类增长的需求，例如，通过赋予更好的对非生物胁迫的耐受性或通过提高生物量。

在此将作物产量定义为每英亩收获的相关农业产品(如籽粒、粮草或种子)的蒲式耳量。作物产量受到非生物胁迫的影响，如干旱、热、盐度和冷胁迫，并且受到植物大小(生物量)的影响。传统植物育种策略相对缓慢，并且通常在赋予提高的非生物胁迫耐受性中是不成功的。玉米中通过常规育种的谷粒产量提高最近达到了一个平台期。玉米的收获指数，即，收获时产量生物量与总累积生物量的比例，在过去几百年的为谷粒产量的选择性育种过程中，基本保持不变。因此，最近在玉米中发生的产量提高是每单位耕地面积提高的总生物量产生的结果。通过提高种植密度获得了这种提高的总生物量，这导致了适应性的表型变化，如叶角的减小，这可以降低下部叶的遮挡，和雄花穗的大小，这可以提高收获指数。

当土壤水分耗尽时或者如果在干旱期间不能获得水，作物产量受到限制。如果叶的蒸腾作用超过来自根部的水分供应，将产生植物水分缺乏。可用的水供给涉及土壤中保持的水量和植物用其根系获得水的能力。水从叶的蒸腾作用与通过气孔的光合作用的二氧化碳固定相关。这两个过程正相关，使得通过光合作用的高二氧化碳流入与通过蒸腾作用的水分丢失密切相关。随着水从叶蒸腾出来，叶水的势能降低，气孔在水力过程中趋于闭合，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，因此水吸收和蒸腾作用是作物产量的起作用的因素。能够使用较少的水来固定相同含量的二氧化碳或在较低水势能下能够正常作用的植物具有进行更多光合作用的潜能，并因此在许多农业系统中具有产生更多生物量和经济产量的潜能。

农业生物技术已经在模式植物系统、作物的温室研究和田间试验中使用了试验，以尽力研发呈现出提高产量的转基因植物，通过非生物胁迫耐受性提高或通过提高的生物量。例如，水利用率(WUE)是常常与干旱耐受性相关的参数。还利用了植物对干燥、渗透压休克和温度极值的应答的研究来确定植物对非生物胁迫的耐受性或抗性。

低水可用性下的生物量的增加可能是由于相对提高的生长效率或降低的水消耗引起的。在选择用于提高作物的性状时，水使用降低，而生长没有变化将在水输入成本高的灌溉农业系统中具有特别的价值。不需要相应的水使用上涨的生长提高对于所有农业系统具有适用性。在许多水供给不受限制的农业系统中，生长提高，即使以水使用增加为代价也提高了产量。

农业生物技术还利用表示转基因对作物产量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。然而，对于谷类作物，已经使用其他参数来估算产量，如植物大小，如通过总植物干重、地上部分干重、地上部分鲜重、叶面积、茎干材积、植物高度、莲座(rosette)直径、叶长、根长、根量、分蘖数和叶数所测量的。早期发育阶段的植物大小通常与发育后期的植物大小相关。具有较大叶面积的较大植物通常比较小的植物可以吸收更多的光和二氧化碳，因此将很可能在相同的时间段内获得较高的重量。对于植物大小和生长速率，存在强遗传成分，因此对于许多不同的基因型，一个环境条件下的植物大小很可能与另一个环境条件下的大小相关。这样，使用标准环境来模拟农田中的作物在不同的位置和时间遇到的不同的和动态的环境。