[發(fā)明專利]通過選擇表觀遺傳學(xué)修飾種群改進(jìn)作物產(chǎn)量

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080029108.3
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN102469770A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·德布洛克
• 申請（專利權(quán)）人: 拜爾生物科學(xué)公司
• 主分類號: A01H3/00
• 分類號: A01H3/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 史文靜;黃革生

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。更具體地，提供用于選擇植物(包括作物)種群的方法，這些種群表現(xiàn)出高能量使用效率或與耐旱性結(jié)合的高能量使用效率，并且它們只在它們的表觀遺傳狀態(tài)方面有所不同，與未選擇的種群相比，允許增加此類所選擇的并且表觀遺傳學(xué)上不同的種群的產(chǎn)量。還提供了表現(xiàn)出高能量使用效率的表觀遺傳學(xué)上不同的植物和植物種群，這可以通過它們的結(jié)合的更低細(xì)胞呼吸速率和細(xì)胞的更高能量含量、通過它們的增加的抗壞血酸鹽含量和/或增加的線粒體呼吸鏈中的復(fù)合體I含量來進(jìn)行鑒別。進(jìn)一步提供了表現(xiàn)出與耐旱性結(jié)合的高能量使用效率的表觀遺傳學(xué)上不同的植物和植物種群。可以將表觀遺傳學(xué)修飾固定并且傳遞給后代。還發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)能量使用效率組分可以在雜種優(yōu)勢頂部上添加并且可以導(dǎo)致更高產(chǎn)量的雜種。

背景

以足夠的數(shù)量和質(zhì)量生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品并且特別是生產(chǎn)食品和飼料，是愈發(fā)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。一方面，由于世界人口的增長以及大部分世界人口的平均生活標(biāo)準(zhǔn)的增長，對農(nóng)產(chǎn)品的需求存在持續(xù)的增長。另一方面，適合或可用于農(nóng)業(yè)的區(qū)域持續(xù)縮小，部分因為氣候條件變化，這可以導(dǎo)致以前適合用于農(nóng)業(yè)的區(qū)域退化。對于增加農(nóng)作物產(chǎn)量潛能存在持續(xù)需求，或者在欠佳的或不利的非生物條件下生長農(nóng)作物時，至少保持這種產(chǎn)量潛能。

到目前為止，對于增加內(nèi)在產(chǎn)量潛能所作的努力已經(jīng)主要集中在開發(fā)作物內(nèi)的遺傳變異性。通過傳統(tǒng)育種技術(shù)，將現(xiàn)存的或誘導(dǎo)的變異等位基因拖入新組合。最近，已經(jīng)通過分子技術(shù)擴(kuò)大變異性池，分子技術(shù)允許遺傳物質(zhì)跨種、以及甚至跨界、跨障礙交換。

然而，對于表觀遺傳學(xué)控制機(jī)制在決定數(shù)量性狀(例如產(chǎn)量)方面可能起的作用投入了遠(yuǎn)遠(yuǎn)更少的關(guān)注。確實，甚至在遺傳上相同的個體的一個種群內(nèi)，所有數(shù)量性狀(例如動物的大小和重量或作物的產(chǎn)量、特別是種子產(chǎn)量)表現(xiàn)出具有正常分布的變異性。觀察到的表型變異性的基礎(chǔ)是遺傳組分、環(huán)境因素以及還有表觀遺傳學(xué)組分。已經(jīng)有文件說明，在植物中，在對脅迫的短期和長期適應(yīng)中，表觀遺傳學(xué)控制組分的重要性(Molinier等人，2006，Transgeneration?memory?of?stress?in?plants.Nature?442，1046-1049)。此外，已經(jīng)證明，改變的表觀遺傳狀態(tài)可以被傳遞給未暴露于或不再暴露于產(chǎn)生誘導(dǎo)作用的觸發(fā)物的連續(xù)世代(也在Jablonka和Raz，2009?Transgenerational?epigenetic?inheritance：prevalence，mechanisms，and?implications?for?the?study?of?heredity?and?evolution.The?Quarterly?Review?of?Biology?84，No.2，131-176中作了回顧)。

然而沒有直接證明了輪回選擇允許驅(qū)動數(shù)量性狀的表觀遺傳學(xué)組分朝向正態(tài)分布曲線的末尾。換言之，對于從一個種群(特別是一個遺傳上一致的種群)中影響或者選擇對于數(shù)量性狀具有高于或低于平均值的值的那些個體并且在一個(亞)種群中固定所選擇的表觀遺傳學(xué)組分的能力，現(xiàn)有技術(shù)保持沉默。

Enfield和同事(Enfield，F(xiàn).D.，Comstock，R.E.&Braskerud，O.Selection?for?pupa?weight?in?Tribolium?castaneum.I.Parameters?in?base?populations.Genetics?54，523-533(1966)；Kaufman，P.K.&Enfield，F(xiàn).D.，Comstock，R.E.Stabilizing?selection?for?pupa?weight?in?Tribolium?castaneum.Genetics?87，324-341(1977))說明了多個實驗，借此從通過具有2400μg的平均蛹重量的兩只近交的粉甲蟲之間的雜交獲得的一個種群開始，通過連續(xù)近交120代，他們能夠選擇具有5800μg的平均蛹重量的一個種群。對于經(jīng)過如此多的近交世代以后仍保持如此多的遺傳變異性，Enfield等人表示出驚訝。然而在選擇過程的某些階段，不是不可能為了表觀遺傳學(xué)變異性進(jìn)行選擇而不是為了遺傳變異性。這進(jìn)一步由從影響蛹重量的基因的純合子的近交系開始的多個相同實驗支持(Enfield，F(xiàn).D.&Braskerud，O.Mutational?variance?for?pupa?weight?in?Tribolium?castaneum.Theor.Appl.Genet.77，416-420(1989))。