[发明专利]控制植物中水含量的方法

说明书

发明领域

本发明是1996年10月24日提交的USSN08/736,287的持续申请。

本发明涉及控制植物中水含量以提供能耐受与水相关的应力(stress)，如盐应力或干旱应力的植物。

现有技术

植物不断地处于应力之中，甚至在正常的生长条件下也是如此。这种应力是多种因素引起的，如盐，干旱，高温，低温，强光，空气污染等。从农业的角度看，盐和干旱应力导致最严重的问题，在土壤天然富含盐的地区和灌溉的农场都可以观察到盐应力。目前，10％以上的耕地遭受一定程度的盐应力。为了提高粮食生产，需要在以前被认为不可耕作的土地上载种作物。

干旱应力是由不合时宜的气候和所处的地理位置引起的。在美国，干旱每几年一次引起作物减产。

因此，重要的是发现能耐受与水相关之应力的植物。

在这点上，已知水通道蛋白(下文中有时简称为WCH蛋白)似乎在“植物中水的流动”中起作用。

这些植物WCH蛋白被分成两种，一种位于质膜上，一种位于液泡膜上。一些报道已经公开了这些蛋白的基因。

有关位于质膜上的WCH蛋白的基因，已报道了例如，衍生自豌豆的负责膨压的WCH蛋白cDNA的克隆(植物分子生物学，15,11-26(1990))；衍生自拟南芥(Arabidopsis thaliana)的负责干燥作用的WCH蛋白cDNA的克隆(植物细胞生理学，33,217-224)；拟南芥的WCH基因(植物学杂志，6,187-199(1994))；番茄的WCH基因(植物分子生物学，24,539-543(1994))；将反义基因导入拟南芥中以证实其在水通道中的功能(植物学杂志，7,87-95(1995))；common ice植物(Mesembryanthemumcrystallinum(龙须海棠属的一种植物))的WCH基因(植物细胞，7,1129-1142(1995))等。另外，衍生自谷物，水稻，球茎甘蓝(Brassica oleracea)，大豆，大麦等的那些WCH蛋白基因也已在基因数据库中登记。

有关位于液泡膜上的WCH蛋白的基因，已报道了例如，衍生自烟草的一个基因(核酸研究，18,7449(1990))；衍生自菜豆的一个基因(植物细胞，2,525-532(1990))；衍生自拟南芥的一个基因(植物生理学，99,561-570(1992))等。另外，衍生自水稻，大麦，大豆，小萝卜(Raphanussativa)，白车轴草(Triforium repens)，苜蓿(Medicago sativa)等的那些WCH蛋白基因也已在基因数据库中登记。

如上所述，目前迫切需要提供能耐受与水相关之应力的植物。得到这种植物的一个方法涉及通过例如基因操作来控制植物的水含量。一般认为通过增加植物的水含量，即增强植物保持水的能力可得到能耐受与水相关之应力的植物。

为了以上述方式得到能耐受与水相关之应力的植物，WO96/00789和自然，379(22),683-684(1996)公开了通过控制植物的水含量得到能耐受与水相关之应力的植物的方法。此方法包括将海藻糖生物合成酶的基因导入植物，从而诱导海藻糖在植物中的合成和积累，通过海藻糖保持水的作用消除水含量的损失。这些文献所公开的内容通过参考文献并入本文。

然而，此方法存在多种问题，即此方法中消耗了通过光合作用所固定的一些碳，从能量消耗的角度看这是不利的。另外，还存在这样的风险，即海藻糖的积累可能会对产物的质量和植物的代谢系统产生不利的影响。

另一方面，据认为上述WCH蛋白可能参与植物中水的流动，然而，迄今为止没有人提出通过使用这些蛋白质可以控制植物中的水含量。

本发明简述

在上述环境中已完成的本发明提供了通过将植物的WCH蛋白基因导入植物中以控制植物中的水含量的方法。

本发明进一步地提供了通过上述方法产生，因此具有受控的水含量的植物。

本发明进一步地提供了由于水含量得到控制而对干旱应力和/或盐应力具有改善的耐受力的植物。

详细描述

现在将要更详细地描述本发明。

本发明的特征在于将植物的WCH蛋白基因导入植物中，从而控制由此转化的植物中的水含量。

本发明中所用的植物WCH蛋白包括位于质膜的WCH蛋白和位于液泡膜的WCH蛋白。尽管编码这两种类型蛋白质的基因都可以用于本发明，但优选使用位于质膜的WCH蛋白的基因。