[發明專利]具有改良的氮利用和脅迫耐性的植物

有效

• 申請號: 201080060336.7
• 申請日: 2010-11-02
• 公開（公告）號: CN102711445A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: J·麥克拉倫;N·杜克;P·哈默;B·范德貝格;L·斯豪滕
• 申請（專利權）人: 愛荷華谷類推廣協會
• 主分類號: A01H5/00
• 分類號: A01H5/00;C12N15/82
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 左路;林曉紅

技術領域

本申請要求2009年11月4日提交的美國專利申請系列號61/258,075的優先權。

本發明一般涉及具有改良的氮利用和脅迫耐性的植物，更具體地，涉及在植物中異源表達精氨酸不敏感型N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)，包括分離自細菌菌株的精氨酸不敏感型NAGK的過量表達和酶促表征，所述NAGK改良脅迫耐性和氮攝取、代謝或者這兩者。

背景技術

植物在其營養生長和生殖生長階段需要氮。氮通過土壤礦化、施用氮肥或者這二者而可為植物所利用。然而估計施用于農作物的50%-70%的氮從植物-土壤系統中流失[Peoples,M.B.et?al.，“Minimizing?Gaseous?Losses?of?Nitrogen”In?Nitrogen?Fertilizer?in?the?Environment(Bacon?P.E??ed)Marcel?Dekker,pp.565-606(1995)]。氮是最昂貴的植物營養素之一，氮肥不總是可以合理成本獲得，并且氮肥的過量施用可以導致環境挑戰。玉米是通常需要氮肥以發揮其遺傳潛力的農業重要植物的實例。

在植物細胞中，NAGK?(N-乙酰谷氨酸激酶)進行導致產生精氨酸的生物合成途徑中的第二步。重要地，已知幾種植物和細菌NAGK酶被高濃度的精氨酸抑制(Bourrellier,2009;Llacer,2008;Lohmeier-Vogel,2005;Fernandez-Murga,2004)，這表明NAGK在植物中的精氨酸調節中起作用。此外，據證實植物P-II蛋白可以減輕基于精氨酸的NAGK抑制。已知P-II在調節植物中的碳和氮流量中起作用(Bourrellier,2009;Llacer,2008)。

上調植物中的精氨酸生物合成途徑的一種方法是減少或消除精氨酸對NAGK的抑制。這可以通過在植物中異源表達精氨酸不敏感型NAGK酶來實現。這里，我們描述分離自細菌菌株的精氨酸不敏感型NAGK的過量表達和酶促表征。

發明概述

本發明涉及轉基因植物，該植物具有增加的氮利用效率、脅迫耐性或者這兩種性質，其已經利用新載體構建體轉化，所述新載體構建體包括調節植物中氮利用的精氨酸不敏感型NAGK核酸序列。在細菌菌株文庫中鑒定各種NAGK核酸序列，其中一些為新NAGK基因。鑒定用于本發明的NAGK基因的可選方法是已在公共數據庫中存檔的幾種細菌和植物基因組測序項目，由此可以選擇編碼具有強活性的NAGK酶的序列。本發明還涉及用于轉化植物的分離載體以及用于檢測所關注的核苷酸序列在轉化植物中的表達的抗體。本發明還涉及在植物中表達核酸分子的方法，所述核酸分子對應調節植物中的氮利用的核酸序列。

具體地，已利用核苷酸序列SEQ?ID?NO:1及其變體、片段和互補體構建用于轉化植物和細菌細胞的載體。這些載體包括5’DNA啟動子序列和3’終止子序列，其中所述核酸序列、所述DNA啟動子序列和所述終止子序列可操作地連接以允許所述核苷酸序列的轉錄。在一些實施方案中，所述啟動子序列可以是組成型植物啟動子或組織特異性啟動子。

本發明還包括多克隆抗體，其包含針對SEQ?ID?NO:1的核苷酸序列編碼的多肽的多克隆抗體。

本發明還包括用選自SEQ?ID?NO:1及其變體和片段的核苷酸序列轉化的植物。所述植物選自玉米(corn)(玉米(maize))、高粱、小麥、向日葵、番茄、十字花科植物、胡椒、馬鈴薯、棉花、水稻、大豆、甜菜、甘蔗、煙草、大麥、和油菜、蕓苔屬(Brassica?sp.)、苜蓿、黑麥、小米(millet)、紅花、花生、甘薯、木薯、咖啡、椰子、菠蘿、柑桔樹、可可、茶、香蕉、鱷梨、無花果、番石榴、芒果、橄欖、番木瓜、腰果、澳洲堅果、杏仁、燕麥、蔬菜、草(例如草坪草、飼草或牧草)、觀賞植物、樹(例如果樹、堅果樹、pulp?tree、油棕)以及針葉樹。本發明還包括這類植物的組成部分、從這類植物產生的植物種子以及用本發明的載體構建體轉化的植物種子。

本發明還包括用核苷酸序列SEQ?ID?NO:1轉化的宿主細胞。所述宿主細胞可以是細菌細胞或植物細胞。