[发明专利]使用3-羟基-3-甲基戊二酰基-CoA合酶提高遗传修饰植物的生长和/或种子产量的方法

说明书

本文提供的是这样的转基因植物、种子或后代，其被遗传改造以相比于对照植物有效提高生长和/或种子产量的量过表达一种或多种外源3‑羟基‑3‑甲基戊二酰基‑CoA合酶1(HMGS1)。还提供的是通过遗传改造植物以相对于对照植物有效提高生长和/或种子产量的量过表达一种或多种外源HMGS1来提高植物生长和/或种子产量的方法。植物属于茄科，并且一种或多种外源HMGS1包含与SEQ ID NO:6中阐明的芥菜HMGS1至少77%相同的氨基酸序列。进一步提供的是筛选芥菜HMGS1的功能变体的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2013年6月19日提交的美国临时申请系列号61/836,739的优先权，其以其整体通过引用并入本文。

序列表的并入

大小为14,640字节（在操作系统MS-Windows中测量的）并且在2014年4月16日创建的命名为“56720-130938_SL.txt”的文件中含有的序列表同时被电子提交（使用UnitedStates Patent Office EFS-Web提交系统）并且其以其整体通过引用并入本文。

发明领域

本发明一般涉及植物改造领域。具体而言，本发明涉及以有效提高生长和/或种子产量的量过表达一种或多种外源3-羟基-3-甲基戊二酰基-CoA合酶1 (HMGS1)的遗传改造的植物以及提高遗传修饰的植物的生长和/或种子产量的方法。

发明背景

现代农业中希望改善生长和/或种子产量，因为籽粒代表食物的重要来源(Jiao等, Nat. Genet., 42:541-544, 2010)。为此目的，必须首先鉴定增加种子产量的关键基因。酶3-羟基-3-甲基戊二酰基-CoA合酶1 (HMGS1)和3-羟基-3-甲基戊二酰基-CoA还原酶(HMGR)参与甲羟戊酸(MVA)途径(Lynen等, Biochem.Z. 330:269-295, 1958; FergusonJr. 和Rudney, J. Biol.Chem.234:1072-1075, 1959; Rudney和Ferguson Jr., J. Biol.Chem.234:1076-1080, 1959; Lynen, Pure Appl.Chem.14:137-167, 1967;Stewart和Rudney, J. Biol.Chem.241:1222-1225, 1966; Balasubramanlam等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:1421-1425, 1977)。除了HMGR，HMGS也是哺乳动物以及植物中胆固醇合成的关键酶(Kimberly等, J. Biol.Chem.273:1349-1356, 1998; Alex等,Plant J. 22:415-426, 2000; Wang等, Plant Biotechnol.J. 10:31-42, 2012)。在植物中，研究最初聚焦在HMGR上，而后来才出现对HMGS的兴趣 (Bach, Lipids, 21:82-88,1986; Alex等, Plant J. 22:415-426, 2000; Ishiguro等, Plant Cell Physiol.51:896-911, 2010; Hemmerlin等, Prog.Lipid.Res.51:95-148, 2012)。在芥菜（Brassica juncea）中，四个基因(BjHMGS1-BjHMGS4)编码HMGS(Alex等, Plant J. 22:415-426,2000)。对BjHMGS1的研究揭示了其定位在胞质溶胶中并且其重组蛋白质在大肠杆菌（Escherichia coli）中的表达导致其晶体结构被阐明(Nagegowda等, Biochem.J. 383:517-527, 2004; Nagegowda等, Planta 221:844-856, 2005; Pojer等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 103:11491-11496, 2006)。对拟南芥hmgs突变体的分析揭示了HMGS参与绒毡层发育并影响花粉粒的育性(Ishiguro等, Plant Cell Physiol.51:896-911, 2010)。近期已经研究了野生型和突变体BjHMGS1 (H188N、S359A和H188N/S359A)在转基因拟南芥中的过表达，其显示转基因拟南芥中BjHMGS1过表达上调固醇生物合成中的若干基因，包括HMGR、SMT2、DWF1、CYP710A1和BR6OX2，达到约11.3-26.8%的增加的固醇含量以及提高的胁迫耐受性，如灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）抗性和H₂O₂ 耐受性(Wang等, Plant Biotechnol.J. 10:31-42, 2012)。然而，相同的研究显示转基因拟南芥中的BjHMGS1过表达不导致植物生长的任何明显表型变化或种子产量的增加。当BjHMGS1在拟南芥中过表达时，仅更快的种子萌发是明显的。