[发明专利]高温种子萌发

说明书

本发明涉及在其基因组中包含经修饰的NXS基因和/或其经修饰的调控序列的种子。与不具有经修饰的NXS基因的野生型种子相比，经修饰的NXS基因和/或其经修饰的调控序列为该种子提供在高温下萌发的能力。对基因和/或其调控序列的修饰可能导致NXS基因的表达被显著降低或被阻止。除此之外或替代地，该种子可以具有降低的NXS蛋白水平、降低的NXS蛋白活性或完全不存在NXS蛋白。经修饰的NXS基因可以例如包含提前终止密码子和/或编码包含一个或多个氨基酸置换的NXS蛋白。

发明领域

本发明涉及能够在高温下萌发的种子。本发明还涉及产生具有这种能力的种子的植物、后代和繁殖材料及其用途。本发明特别涉及莴苣中在高温下的萌发。

发明背景

种子在不同环境条件下快速均匀地萌发的能力是种植者中非常期望的特征。温度是调节萌发的关键环境信号。种子已经发展了被称为热抑制(二次或诱导型休眠的形式)的机制，以防止在超最适温度期间种子提前萌发，例如在炎热的夏天月份可能发生的种子萌发。

在种子中，植物的应激激素植物激素脱落酸(ABA)涉及种子萌发的热抑制。已经显示ABA的水平响应于诸如高温的非生物胁迫而升高，但在最适温度下迅速降低。因此，ABA在调控种子萌发的热抑制中起重要作用。

种子引发允许种子的受控水合，允许种子在萌发过程中完成第一步骤，然后它们干燥回其原始水分含量，并储存直至播种。种子引发的主要优点之一是通过增加萌发发生的最高温度来缓解热抑制的能力。

虽然种子引发可能有利于种子萌发，但在劳力和设备要求、所用成分的类型以及水合和干燥回种子所需的时间方面是昂贵的程序。此外，与未处理的种子相比，引发过程可能导致经引发的种子的保质期降低。这种不良副作用受到干燥回程序的速度和程度的影响。

此外，存在“过度引发”的固有风险，这可能导致种子的根尖发生损害，并且随之可能导致幼苗生长不良。过度引发将使得经引发的种子无用，从而使复杂的种子质量检查成为引发过程的另外必要条件。

通过开发能够在高温下萌发而不需要引发的种子，昂贵且潜在不确定的种子引发过程变得过时了。

提高种子在高温下萌发的能力也可以扩大蔬菜种植总面积。由于此类品种的萌发能力不足以克服在这样高的温度下的热抑制，世界相对温暖的冬季的地区目前不适合某些作物生长。

在更全球化的背景下，由于全球变暖导致的温度上升可能对土壤温度有相当大的影响。因此，高温和由此导致的土壤温度升高被认为是重大的环境压力，其可能限制了在不久的将来全球的作物生产力。

在得到本发明的研究中，出乎意料地发现对莴苣新黄素合成酶基因的一个或多个修饰给莴苣种子提供了在高温(其显著高于包含野生型新黄素合成酶基因的莴苣种子的萌发温度)下萌发的能力。如本文所用，新黄素合成酶简称为NXS。NXS是ABA途径中的酶，其催化来自紫黄质(ABA的前体)的新黄素的形成。由于NXS是ABA途径中的酶，因此预计对将导致较低的新黄素水平的NXS基因和/或编码的NXS蛋白的修饰也将导致ABA水平的降低，从而允许种子萌发仍然发生在高温下。ABA途径的高度保守性意味着对如同本研究中发现的NXS基因和所得性状的修饰广泛适用于其中存在具有相似功能的直系同源的NXS基因的其他植物物种。

因此，本发明的目的是提供具有改善的在高温下萌发的能力的种子。进而这将减少或消除对昂贵的引发处理的需要，和/或允许萌发的更大的均匀性和可靠性，和/或潜在增加作物栽培总面积。