[发明专利]开花的遗传学控制

说明书

本发明涉及植物中开花的遗传学控制以及其中涉及的基因的克隆和表达。更特别地，本发明涉及拟南芥的CONSTANS(CO)基因和来自包括蔓菁的其它种的同系物的克隆和表达，以及该基因在植物中的操纵和使用。

植物的有效开花很重要，特别是当所希望的产物是花或从其产生的种子时。这一点的一个方面是开花的时间选择：使开花的开始提前或延迟对于农民和种子生产者可能有用。对于影响开花的遗传学机制的理解提供了一种用于改变目标植物的开花特性的方法。开花对于作物产量具有重要性的种属很多，基本上所有作物均从种子生长，其重要实例为谷类，稻和玉米，很可能是较暖气候带中农学上最重要的，以及在较温气候中的小麦，大麦，燕麦和黑麦。重要的种子产物为油料种子油菜和canola，制糖甜菜，玉米，向日葵，大豆和高梁。很多作物收获其根，当然地，每年从种子生长，而任何类的种子的产生非常依赖于植物开花，被授粉和播种的能力。在园艺学中，对开花的时间选择的控制非常重要。可控制开花的园艺学植物包括莴苣，苣荬菜和蔬菜芸苔属植物包括甘蓝，花茎甘蓝，花椰菜，和石竹属植物和老鹤草属植物。

拟南芥是一种兼性长日照植物，在长日照下开花早而在短日照下晚。由于它具有小的，经很好鉴定的基因组，相对易于转化和再生并具有快速生长期，拟南芥属是研究开花和其控制的理想模型植物。

我们已发现对光周期的这种反应所需要的基因之一是CONSTANS或CO基因，也称为FG。我们发现携带此基因的突变的植物与它们的野生型相比，在长日照下开花晚而在短日照下同时开花，因而我们总结出，CO基因产生参与长日照下开花的促进。

Putterill等，在分子基因遗传学(Mol.Gen.Genet.)239：145-157(1993)中描述了初步的克隆工作，涉及使用酵母人工染色(YAC)文库的染色体步查和拟南芥属染色体5上1700kb的邻近DNA，包括含基因CO的300kb区的分离。该工作的不足在于未克隆和鉴定CO基因。

我们现在已克隆并测定了CO基因的序列(Putterill等，1995)，并在本文中提供。当制造克隆时遇到了意外的困难和复杂情况，使克隆工作比预期的更困难，如下文实验部分中所述。

按照本发明的第一方面，提供了一种核酸分子，它包含编码具有CO功能的多肽的核苷酸序列。本领域技术人员应理解“CO功能”可用于指象拟南芥的CO基因一样在表型上影响开花的时间选择的能力(该时间选择基本不受春化作用的影响)，特别是补充拟南芥中CO突变的能力，或另一种属中的CO表型。CO突变型在长日照下表现延迟开花，开花的时间选择基本不受春化作用的影响(见，如，Korneef等，(1991))。

按照本发明的核酸可具有拟南芥的CO基因的序列，或为所提供序列的突变型，衍生物或等位基因。优选的突变型，衍生物和等位基因为编码保持由野生型基因编码的蛋白的功能特性，特另是如本文中所讨论的促进开花的能力的蛋白者。其它优选的突变型，衍生物和等位基因编码一种蛋白，它与野生型或具有所提供序列的基因相比使开花延迟。为生产突变型或衍生物而对序列作改变，可通过在核酸中1或多次加入，插入，缺失或取代1或多个核苷酸，导致在编码的多肽中一或多个氨基酸的加入，插入，缺失或取代。当然，不改变被编码氨基酸序列的核酸改变也包括在内。

CO基因的优选核酸序列显示于图1中，同时也显示了具有CO功能的多肽的编码氨基酸序列。

本发明也提供一种包含带有所提供序列的任意一种的核酸的载体，优选可表达由核酸序列编码的多肽的载体。优选该载体适合转化入植物细胞。本发明还包含用这样的载体转化的宿主细胞，特别是植物细胞。因此，提供了一种包含按照本发明的核酸的宿主细胞，如植物细胞。在该细胞中，该核酸可掺入染色体中。每个单倍体基因组可有一个以上异源核苷酸序列。这一点，例如，使与内源水平相比基因产物的表达增加，如下所讨论。

包含按照本发明的核酸的载体不必包括一个启动子或其它调节序列，特别是如果该载体是用于将核酸导入细胞以供重组入基因组时。

按照本发明的核酸分子和载体可从它们的自然环境分离而提供，以基本纯或同源的形式，或不含或基本不含所研究种属的核酸或基因，或来自不编码能影响开花的多肽的序列，例如在拟南芥中非CO序列的核酸。

当然，核酸可为双链或单链的，cDNA或基因组DNA，RNA，全部或部分合成的，根据需要而定。