[发明专利]包含ABA受体的突变体Pyrabactin样(PYL4)调节组件的转基因植物

说明书

发明领域

本发明涉及具有改善的表型特征(包括增强的胁迫耐受性)的转基因植物。所述改 善的特征由增强的ABA受体信号传导赋予。相关的方法、用途、分离的核酸和载体构建体也 在本发明的范围之内。

介绍

持续增长的世界人口和日益缩小的可用于农业的耕地供应刺激对增加农业效率 的研究。常规的作物和园艺改进措施使用选择育种技术来鉴定具有合乎需要的特征的植 株。然而，所述选择育种技术具有一些缺点，即，这些技术典型地是劳动力密集的，并且产生 通常含有异源遗传成分的植株，所述异源遗传成分可能不是总是产生从母本植株传下来的 合乎需要的特征。分子生物学的进展已经允许人类改良动物和植物的种质。植物遗传工程 需要分离和处理遗传物质(典型地以DNA或RNA的形式)以及随后将所述遗传物质引入到植 物中。备选地，可以使用方法来以靶向方式改良或改变或“编辑”现有的遗传物质，仅改变编 码的蛋白的一个或几个氨基酸，例如，使用诱变或CRISPR技术。此种技术具有产生具有多种 改进的经济、农艺或园艺特征的作物或植株的能力。特别有经济利益的特征是生长和胁迫 耐受性，原因在于这些是最终的作物产量的决定因素。

植物通过改变其生长来适应变化的环境条件。植物生长和发育是一种复杂的过 程，涉及多种环境和内源性信号的综合，所述环境和内源性信号与固有的遗传程序一起决 定植物形式。该过程所涉及的因素包括一些统称为植物激素(planthormone或 phytohormone)的生长调节剂。该组包括生长素(auxin)，细胞分裂素(cytokinin)，赤霉素 (gibberellin，GA)，脱落酸(ABA)，乙烯，油菜素甾类(brassinosteroids，BR)和茉莉酸 (jasmonicacid，JA)，它们中的每一种以低浓度起作用调节植物生长和发育的多个方面。 非生物性和生物性胁迫可能不利地影响植物生长，导致显著的农业损失。甚至中等的胁迫 都可能对植物生长具有显著的不利影响，并且由此减少农业重要性作物植物的产量。在任 意给定的季节或地区，作物非常常见地经历中等胁迫期或一种或另一种胁迫，这限制该作 物的生产力。因此，找到改善生长，特别是在胁迫条件下的生长的方式具有巨大的经济利 益。

ABA在植物生物性和非生物性胁迫反应中都起至关重要的作用(Cutler等人， 2010)。由于公认ABA是植物针对水胁迫反应的至关重要的激素调节剂，因此ABA生物合成和 信号传导通路都可以被认为是改善植物在干旱下的表现的潜在靶标。因此，已经证明，与野 生型相比，产生高水平ABA的转基因植物表现出改善的干旱下生长(Iuchi等人，2001；Qin& Zeevaart2002)。ABA生物合成的引发可以通过直接过表达9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 (生物合成途径中的一种关键酶)(Iuchi等人，2001；Qin&Zeevaart2002)或通过使用加快 ABA累积的化学剂(Jakab等人，2005)而获得。另一方面，表现出增强的ABA反应和耐旱性表 型的影响ABA信号转导的拟南芥(Arabidopsis)突变体(era1、abh1、pp2c联合突变体)的一 些实例也是已知的(Pei等人，1998；Hugouvieux等人，2001；Saez等人，2006)。例如，在拟南 芥中已经通过组合失活2C型蛋白磷酸酶(PP2C)ABI1和HAB1实现脱落酸敏感性增强和水消 耗减少，产生耐旱性植物(Saez等人，2006)。

通过最近发现的PYR/PYLABA受体增强ABA信号传导是另一种改善植物耐旱性的 方法，例如，通过过表达所述受体或产生组成型活性版本(Santiago等人，2009；Xaavedra等 人，2009；Mosquna等人，2011，WO2013/006263)。然而，因为非生物性胁迫反应转变正常生 长所需要的资源，所以由高ABA水平或活性ABA信号传导的持续作用导致的多向性作用可能 不利地影响植物生长。在Mosquna等人，2011和WO2013/006263中，公开了组成型活性ABA突 变体PYR1、PYL2和PYL9多肽，其在不存在ABA的情况下抑制PP2C。表明仅若干特定氨基酸置 换的组合才足以提供所需的作用并且产生具有与ABA饱和野生型PYR1几乎不可区分的激活 水平的变体。