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CN102459614A - 具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法 - Google Patents

具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法 Download PDF

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CN102459614A
CN102459614A CN2010800289577A CN201080028957A CN102459614A CN 102459614 A CN102459614 A CN 102459614A CN 2010800289577 A CN2010800289577 A CN 2010800289577A CN 201080028957 A CN201080028957 A CN 201080028957A CN 102459614 A CN102459614 A CN 102459614A
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CN
China
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plant
nucleic acid
sequence
coding
appearance polypeptide
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Application number
CN2010800289577A
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J·K·金
崔良夀
郑镇瑞
C·勒佐
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BASF Plant Science Co GmbH
Crop Functional Genomics Center
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BASF Plant Science Co GmbH
Crop Functional Genomics Center
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Abstract

本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及在植物中增强多种经济上重要的产量相关性状的方法。更具体地，本发明涉及通过调节编码IAA2样(生长素/吲哚乙酸2样)多肽的核酸在植物中的表达而增强植物的产量相关性状的方法。本发明还涉及具有调节了编码IAA2样多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于对照植物而言具有增强的产量相关性状。本发明还提供可用于实施本发明方法的包含编码IAA2样核酸的构建体。本发明还一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码NAC10样多肽之核酸在植物中的表达来改善多种植物生长特征的方法。本发明还涉及调节了编码NAC10样多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其它对照植物而言具有改善的生长特征。本发明还提供可用于本发明的方法的构建体。

Description

具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
本发明一般地涉及分子生物学领域，并涉及在植物中增强多种经济上重要的产量相关性状的方法。更具体地，本发明涉及通过调节编码IAA2样(生长素/吲哚乙酸2样)多肽的核酸在植物中的表达而增强植物的产量相关性状的方法。本发明还涉及具有调节了编码IAA2样多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于对照植物而言具有增强的产量相关性状。本发明还提供可用于实施本发明方法的包含编码IAA2样核酸的构建体。
本发明还一般地涉及分子生物学领域，并涉及通过调节编码NAC10样多肽之核酸在植物中的表达来改善多种植物生长特征的方法。本发明还涉及调节了编码NAC10样多肽之核酸的表达的植物，所述植物相对于对应的野生型植物或其它对照植物而言具有改善的生长特征。本发明还提供可用于本发明的方法的构建体。
持续增长的世界人口和农业用可耕地供应萎缩刺激了有关增加农业效率的研究。常规的作物及园艺学改进手段利用选择育种技术来鉴定具有受欢迎特性的植物。然而，此类选择育种技术具有几个缺陷，即这些技术一般耗费很多劳动并且产生这样的植物，其经常含有异源性遗传组分，这可能不总是导致从亲代植物中传递所希望的性状。分子生物学进展已经允许人类改进动物及植物的种质。植物的遗传工程使得可以分离和操作遗传物质(一般处于DNA或RNA形式)并且随后引入该遗传物质至植物中。此类技术具有产生具备多种经济学、农学或园艺学改进性状的作物或植物的能力。
具有特殊经济意义的性状是增加的产量。产量通常定义为作物产生的可测量的经济价值。这可以就数量和/或品质方面进行定义。产量直接取决于几个因素，例如器官的数目和大小、植物构造(例如枝的数目)、种子产生、叶衰老等。根发育、养分摄入量、胁迫耐性和早期萌发势(early vigor)也可以是决定产量的重要因素。因此，优化前述因素可以对增加作物产量有贡献。
种子产量是特别重要的性状，这是因为许多植物的种子对于人类和动物营养而言至关重要。诸如玉米、稻、小麦、芸苔(canola)和大豆等作物占人类总卡路里摄取量的一半以上，不论是通过种子本身的直接消耗，还是通过由加工的种子所饲养的肉类产品的消耗。它们也是工业加工所用的糖类、油类和多类代谢物的来源。种子含有胚(新的苗和根的来源)和胚乳(萌发和幼苗早期生长过程中胚生长的营养源)。种子的发育涉及许多基因，并且需要代谢物自根、叶和茎转移至正在生长的种子。特别是胚乳，同化糖类、油类和蛋白质的代谢前体，将其合成为贮存性高分子，以充盈籽粒。
植物生物量为饲料作物如苜蓿、青贮谷物和干草的产量。在谷物作物中使用产量的许多替代参数。其中首要的是估算植物大小。根据物种以及发育阶段的不同，可以通过许多方法测量植物大小，但是包括植物总干重、地上干重、地上鲜重、叶面积、茎体积、植物高度、莲座(rosette)直径、叶长、根长、根生物量、分蘖数和叶数。许多物种在给定的发育阶段维持植物不同部分大小间的保守比。利用这些异速生长关系而对这些有关大小的测量结果进行由此及彼的外推(如Tittonell等2005 Agric Ecosys &Environ 105：213)。早期发育阶段的植物大小通常将与晚期发育阶段的植物大小有关。具有更大叶面积的较大植物通常能够比较小的植物吸收更多的光和二氧化碳，因此很可能在同期增重更多(Fasoula & Tollenaar 2005Maydica 50：39)。除了植物所具有的最初达到较大大小的微环境或遗传优势的潜在延续，此为其附加效应。植物大小和生长速率存在着强遗传组分(如ter Steege等2005 Plant Physiology 139：1078)，且迄今为止，种种多样化基因型植物在一种环境条件下的大小很可能与另一种环境条件下的大小有关(Hittalmani等2003 Theoretical Applied Genetics 107：679)。以这种方式，使用标准环境作为田地中作物在不同时间和地点所遭遇的多样化动态环境的替代参数。
对于众多作物的另一个重要性状是早期萌发势。改进早期萌发势是现代稻育种计划在温带和热带稻栽培品种上的一个重要目标。长根在水栽稻中对于正确土壤固着是重要的。在将稻直接播种至涝田的情况下，以及在植物必须从水中迅速出苗的情况下，较长的苗与萌发势相关。在实施条播(drill-seeding)的情况下，较长的中胚轴和胚芽鞘对于良好的出苗是重要的。人工改造植物内早期萌发势的能力将在农业中是极其重要的。例如，不良的早期萌发势已经限制了基于玉米带生殖质(Corn Belt germplasm)的玉米(Zea mayes L.)杂种在欧洲大西洋地区的引种。
收获指数为种子产量与地上干重的比值，其在许多环境条件下相对稳定，因此在植物大小和谷物产量之间通常能够获得比较稳固的相关性(如Rebetzke等2002 Crop Science 42：739)。这些过程固有地联系在一起，因为谷物生物量的大多数取决于植物叶和茎当前或贮存的光合作用生产力(Gardener等1985 Physiology of Crop Plants.Iowa State University Press，第68-73页)。因此，对植物大小的选择，甚至是在发育早期阶段的选择，已经用作为未来潜在产量的指标(如Tittonell等，2005，Agric Ecosys &Environ 105：213)。当测试遗传差异对胁迫耐性的影响时，温室或植物培养室环境与田地相比具有固有的优势：即能够使土壤性能、温度、水和营养的可用性以及光强度标准化。不过，因缺乏风力或昆虫导致不良授粉，或由于空间不足以让成熟根或株冠生长等等，对产量造成的这些人工局限性会限制这些受控环境在测试产量差异中的应用。因此，在培养室或温室标准条件下测量早期发育阶段的植物大小，是提供潜在遗传产量优势指标的标准方法。
另一个重要性状是改进的非生物胁迫耐受性。非生物胁迫是世界范围作物损失的主要原因，对于大多数主要作物植物而言降低平均产量超过50％(Wang等、(2003)Planta 218：1-14)。非生物胁迫可以由干旱、盐度、极端温度、化学毒性、氧化胁迫引起。改进植物对非生物胁迫耐受性的能力将在世界范围对农民具有极大的经济优势并且会允许在不利条件期间及在作物栽培否则是不可能的陆地上栽培作物。
作物产量因而可以通过优化前述因素之一而增加。
取决于最终用途，对某些产量性状的改进可能优先于其它产量性状。例如对于应用如饲料或木材生产或生物燃料资源而言，增加植物营养体部分可能是期望的，而对于应用如面粉、淀粉或油生产而言，增加种子参数可能是尤其希望的。即便在种子参数当中，某些参数可以更优先于其它参数，这取决于应用。多种机制可以对增加种子产量有贡献，无论形式为增加的种子大小或是增加的种子数目。
增加植物中产量(种子产量和/或生物量)的一种方法可以是通过修饰植物的内在生长机制，如细胞周期或参与植物生长或参与防御机制的多种信号途径。
目前发现，可以通过调节植物中编码IAA2样多肽之核酸在植物中的表达而改进植物的多种产量相关性状。
目前也发现，可以通过调节植物中编码NAC 10样多肽之核酸在植物中的表达而改进植物的多种生长特征。
背景技术
1.IAA2样多肽
AUX/IAA(生长素/吲哚乙酸)基因编码由生长素紧密调节表达的蛋白质家族。植物激素生长素参与多种过程，如细胞分裂、细胞扩张(cellexpansion)和分化、胚胎、维管结构或其他组织的图式发育、初生根和侧根或者苗分生组织的生长的调节。此外，AUX/IAA蛋白质通常以组织特异性方式表达。
AUX/IAA蛋白质一般具有4个保守的氨基酸序列基序(结构域I、II、III和IV)并具有核定位信号序列。推测结构域I和II破坏蛋白质的稳定并可能参与蛋白质周转。推测结构域Ⅲ和Ⅳ参与蛋白质-蛋白质相互作用：AUX/IAA蛋白质可以形成同型二聚体并已知与ARF蛋白质结合。AUX/IAA-ARF复合物可能参与生长素调节的基因表达。Aux/IAA蛋白质负调节生长素应答因子(ARF)，所述生长素应答因子调节生长素应答基因的表达。Aux/IAA蛋白质与DNA结合的ARF配偶体蛋白质结合，并抑制ARF活性。在生长素活化状态下，Aux/IAA蛋白质通过与生长素修饰的SCFTIR1复合物相互作用而泛素化，并随后通过26S蛋白酶体作用而降解。Reed(Trends in Plant Science 6，420-425，2001)给出了AUX/IAA蛋白质的作用和活性的概述。最近，Jain等人2006 Funct Integr Genomics.2006年1月；6(1)：47-59报道了稻(稻(Oryza sativa))中早期生长素应答Aux/IAA基因家族的结构和表达分析。
2.NAC10样多肽
稻和拟南芥基因组编码超过1300种转录调节蛋白，其占估计的总基因数的大约6％。据报道，这些转录因子的约45％都来自植物特异的家族(Riechmann等人，2000；Kikuch等人，2003)。此类植物特异性转录因子家族的一个实例是NAC家族。NAC是源自3种首次被描述为含NAC结构域的基因，即NAM(无顶端分生组织)、ATAF1、2和CUC2(杯状子叶)的首字母缩写的简称。NAC蛋白质含称为“NAC结构域”的高度保守N末端DNA结合结构域和可变的羧基端结构域(Ooka等人，2003)。NAC蛋白质在植物中广泛分布，经预测，稻和拟南芥的基因组分别含有75和105个NAC基因(Ooka等人，2003；Xiong等人，2005)。由于它们在植物发育和胁迫反应中不同的功能，所以到目前为止，仅表征了它们中的一些。早期报道的NAC基因包括决定苗顶端分生组织的位置的来自矮牵牛属(petunia)的NAM(Souer等人，1996)和参与胚和花发育的来自拟南芥的CUC2(Aida等人，1997)。拟南芥NAP基因在花器官中调节细胞分裂和细胞扩张(Sablowski等人，1998)。AtNAC1介导生长素信号，以促进侧根发育(Xie等人，2000)。可以通过病原体攻击和创伤来诱导ATAF亚家族的基因，包括来自马铃薯(Solanum tuberosum)的StNAC(Collinge等人，2001)和来自拟南芥的ATAF1-2(Aida等人，1997)。最近，发现来自拟南芥的AtNAC072(RD29)、AtNAC019、AtNAC055和ANAC102((Fujita等人，2004；Tran等人，2004；Christianson等人，2009)、来自欧洲油菜(Brassica napus)的BnNAC(Hegedus等人，2003)、来自稻(Oryza sativa)的SNAC1和SNAC2(Hu等人，2006；2008)都参与针对多种环境胁迫的应答。AtNAC2，拟南芥的另一胁迫相关NAC基因，在乙烯和生长素信号途径的下游起作用，并当过量表达时，增强盐耐受性(He等人，2005)。据报道，小麦NAC基因，NAM-B1参与从叶子到发育的籽粒的营养再活化(Uauy等人，2006)。在旱作农业中，干旱对维持稻产量是严重的威胁。具体而言，在穗发育阶段期间暴露于干旱条件会导致推迟开花时间、减少小穗的数量，并且不利于籽粒灌浆。到目前为止，许多研究表明，在稻中过量表达胁迫相关的基因可以在一定程度上改善干旱耐受性(Xu等人，1996；Garg等人，2002；Jang等人，2003；Ito等人，2006；Hu等人，2006，2008；Nakashima等人，2007；Oh等人，2007)。尽管有许多此类研发干旱耐受性稻植物的尝试，但是它们中很少能在田间条件下显示出改善的谷物产量。
概述
1.IAA2样多肽
意想不到的是，目前已经发现，相对于对照植物而言，调节编码IAA2样多肽的核酸之表达可以产生具有增强的产量相关性状的植物。
根据一个实施方案，提供了用于增强相对于对照植物而言的植物产量相关性状的方法，包括在植物中调节编码IAA2样多肽之核酸的表达。
2.NAC10样多肽
意想不到的是，目前已经发现，相对于对照植物而言，调节在组成型启动子的控制下或者在根特异性启动子的控制下编码NAC10样多肽之核酸的表达赋予植物在非胁迫(正常)条件下生长时和/或在非生物胁迫条件下生长时增强的产量相关性状，具体而言，改善在营养阶段对干旱、高盐度和低温的耐受性和/或在繁殖阶段增强干旱耐受性。
根据一个实施方案，提供了用于改善相对于对照植物而言的植物产量相关性状的方法，包括在植物中调节编码NAC10样多肽之核酸的表达。
定义
多肽/蛋白质
术语“多肽”和“蛋白质”在本文中可互换使用，指通过肽键连接在一起的处于任意长度的氨基酸聚合形式。
多核苷酸/核酸/核酸序列/核苷酸序列
术语“多核苷酸”、“核酸序列”、“核苷酸序列”、“核酸”、“核酸分子”在本文中可互换使用并且指任意长度的核苷酸聚合无分支形式，即核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸或这二者组合。
同源物
蛋白质的“同源物”包括这样的肽、寡肽、多肽、蛋白质及酶，它们相对于非修饰的所讨论蛋白质具有氨基酸替换、缺失和/或插入并且与其所源自的非修饰蛋白质具有相似生物学活性和功能活性。
缺失指从蛋白质中移除一个或多个氨基酸。
插入指一个或多个氨基酸残基在蛋白质中预定位点内的引入。插入可以包含氨基端融合和/或羧基端融合以及单个或多个氨基酸的序列内插入。通常，在氨基酸序列内部的插入会比氨基端融合或羧基端融合小，约1-10个残基的级别。氨基端或羧基端融合蛋白或融合肽的例子包括如酵母双杂交系统中所用转录激活物的结合结构域或激活结构域、噬菌体外壳蛋白、(组氨酸)-6-标签、谷胱甘肽S-转移酶-标签、蛋白A、麦芽糖结合蛋白、二氢叶酸还原酶、Tag·100表位、c-myc表位、
Figure BDA0000125779480000071
-表位、lacZ、CMP(钙调蛋白结合肽)、HA表位、蛋白C表位和VSV表位。
替换指以具有相似特性(如相似疏水性、亲水性、抗原性、形成或破坏α-螺旋结构或β-折叠结构的倾向)的其它氨基酸替换蛋白质的氨基酸。氨基酸替换一般是单个残基的，不过可以是簇集性的(可以是1-10个氨基酸的范围)，这取决于置于多肽的功能性约束；插入通常会是约1-10个氨基酸残基级别。氨基酸替换优选地是保守性氨基酸替换。保守性替换表是本领域众所周知的(见例如Creighton(1984)Proteins.W.H.Freeman和Company(编著)和下表1)。
表1：保守性氨基酸替换的例子
  残基   保守性替换   残基   保守性替换
  Ala   Ser   Leu   Ile；Val
  Arg   Lys   Lys   Arg；Gln
  Asn   Gln；His   Met   Leu；Ile
  Asp   Glu   Phe   Met；Leu；Tyr
  Gln   Asn   Ser   Thr；Gly
  Cys   Ser   Thr   Ser；Val
  Glu   Asp   Trp   Tyr
  Gly   Pro   Tyr   Trp；Phe
  His   Asn；Gln   Val   Ile；Leu
  Ile   Leu，Val
氨基酸替换、缺失和/或插入可以使用本领域众所周知的肽合成技术如固相肽合成法等或通过重组DNA操作而容易地进行。用于操作DNA序列以产生蛋白质的替换、插入或缺失变体的方法是本领域众所周知的。例如，用于在DNA中的预定位点处产生替换突变的技术是本领域技术人员众所周知的并且包括M13诱变法、T7-Gen体外诱变法(USB，Clevelaand，OH)、QuickChange位点定向诱变法(Stratagene，San Diego，CA)、PCR-介导的位点定向诱变或其它位点定向诱变法。
衍生物
“衍生物”包括这样的肽、寡肽、多肽，其中与天然存在形式的蛋白质(如目的蛋白)的氨基酸序列相比，它们包含以非天然存在的氨基酸残基对氨基酸的替换或非天然存在的氨基酸残基的添加。蛋白质的“衍生物”也包含这样的肽、寡肽、多肽，其中与多肽的天然存在形式的氨基酸序列相比，它们包含天然存在的经改变(糖基化、酰化、异戊二烯化、磷酸化、肉豆蔻酰化、硫酸化等)的氨基酸残基或非天然的经改变的氨基酸残基。与衍生物所来源的氨基酸序列相比，该衍生物可以也包含与所述氨基酸序列共价或非共价结合的一个或多个非氨基酸取代基或添加(例如报道分子或其它配体)，如为促进检测该衍生物而结合的报道分子，和与天然存在的蛋白质的氨基酸序列相对比的非天然存在的氨基酸残基。此外，“衍生物”还包括天然发生形式蛋白质与标签肽(如FLAG、HIS6或硫氧还蛋白)的融合物(标签肽的综述参阅Terpe，Appl.Microbiol.Biotechnol.60，523-533，2003)。
直向同源物/旁系同源物
直向同源物和旁系同源物包含用来描述基因祖先关系的进化概念。旁系同源物是相同物种内起源于先祖基因复制的基因；直向同源物是来自不同生物的起源于物种形成的基因，并且也来源于共同的先祖基因。
结构域，基序/共有序列/特征序列
术语“结构域”指依据进化相关蛋白质的序列比对结果而在特定位置处保守的一组氨基酸。尽管在其它位置处的氨基酸可以在同源物之间变动，然而在特定位置处的高度保守的氨基酸指示在蛋白质的结构、稳定性或功能方面可能是必需的氨基酸。结构域因通过在蛋白质同源物家族的比对序列中的高保守程度而被鉴定，它们可以用作鉴定物以确定任意的所讨论多肽是否属于先前已鉴定的多肽家族。
术语“基序”或“共有序列”或“特征序列”指在进化相关蛋白质的序列中的短保守区。基序往往是结构域的高度保守部分，不过也可以仅包括结构域的部分，或可以位于保守结构域之外(若基序的全部氨基酸位于定义的结构域之外)。
存在用于鉴定结构域的专门数据库，例如SMART(Schultz等(1998)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95，5857-5864；Letunic等(2002)Nucleic AcidsRes 30，242-244)，InterPro(Mulder等，(2003)Nucl.Acids.Res.31，315-318)，Prosite(Bucher和Bairoch(1994)，A generalized profile syntaxfor biomolecular sequences motifs and its function in automatic sequenceinterpretation.(In)ISMB-94；Proceedings 2nd International Conferenceon Intelligent Systems for Molecular Biology.Altman R.，Brutlag D.，KarpP.，Lathrop R.，Searls D.编著，第53-61页，AAAI Press，Menlo Park；Hulo等，Nucl.Acids.Res.32：D134-D137，(2004)或者Pfam(Bateman等，NucleicAcids Research 30(1)：276-280(2002))。用于计算机分析蛋白质序列的一组工具可获得自ExPASy蛋白组服务器(Swiss Institute of Bioinformatics(Gasteiger等，ExPASy：the proteomics server for in-depth proteinknowledge and analysis，Nucleic Acids Res.31：3784-3788(2003))。还可以使用常规技术(如序列比对)来鉴定结构域或基序。
比对序列以进行比较的方法为本领域所熟知，这些方法包括GAP、BE STFIT、BLAST、FASTA和TFASTA。GAP利用Needleman和Wunsch((1970)J Mol Biol 48：443-453)的算法来寻找两序列间使匹配数最高并使空位数最少的全局比对(即在完整序列上)。BLAST算法(Altschul等(1990)J Mol Biol 215：403-10)在两序列间计算百分比序列同一性并进行相似性的统计学分析。用于进行BLAST分析的软件在国家生物技术信息中心(National Centre for Biotechnology Information(NCBI))向公众提供。可以使用例如默认配对比对参数的ClustalW多重序列比对算法(1.83版)和百分比评分法来容易地鉴定同源物。也可以使用MatGAT软件包(Campanella等，BMC Bioinformatics.2003Jul 10；4：29.MatGAT：an application thatgenerates similarity/identity matrices using protein or DNA sequence)中提供的一种方法确定全局的相似性和同一性百分比。本领域技术人员会意识到，可以进行少量手动编辑以优化保守性基序之间的比对。此外，还可以使用特定的结构域代替全长序列来鉴定同源物。序列同一性值可以是使用默认参数的上述程序在完整的核酸或氨基酸序列上或在所选择的结构域或保守的基序上测定的。对于局部比对，Smith-Waterman算法是特别有用的(Smith TF，Waterman MS(1981)J.Mol.Biol 147(1)；195-7)。
交互BLAST
通常，这包括以查询序列(例如，利用实施例章节表A中所列的任一序列)针对任何序列数据库如可公共获得的NCBI数据库进行BLAST的首次BLAST。当从核苷酸序列开始时，通常使用BLASTN或TBLASTX(利用标准默认值)，而当从蛋白质序列开始时，则使用BLASTP或TBLASTN(利用标准默认值)。BLAST结果可以任选地过滤。接着使用过滤的结果或者未过滤的结果的全长序列针对查询序列来源生物的序列进行反向BLAST(二次BLAST)。然后比较首次和二次BLAST的结果。如果首次BLAST中的高排名命中来自查询序列源自的相同物种，然后反向BLAST理想地导致查询序列处于最高命中之列，则找到了旁系同源物；如果首次BLAST中高排名命中不来自查询序列源自的相同物种，且优选地在反向BLAST时导致查询序列在最高命中之列，则找到了直向同源物。
高排名的命中是那些E值低的命中。E值越低，分值越具有显著性(或者换句话说，偶然发现此命中的几率越低)。E值的计算是本领域众所周知的。除了E值之外，还对比较进行同一性百分比评分。同一性百分比是指两比较核酸(或多肽)序列之间在特定长度上的相同核苷酸(或氨基酸)数。在大家族的情况下可以使用ClustalW，继之以邻接树来辅助相关基因的聚类可视化，和鉴定直向同源物和旁系同源物。
杂交
如本文中所定义的术语“杂交”是其中基本上同源的互补核苷酸序列彼此退火的过程。杂交过程可以完全在溶液中进行，即两种互补性核酸均处于溶液中。杂交过程也可以在互补性核酸之一固定到基质如磁珠、琼脂糖(Sepharose)珠或任何其它树脂的情况下发生。杂交过程也可以在互补性核酸之一固定至固相支持体如硝酸纤维素膜或尼龙膜上或通过例如照相平版印刷术固定至例如硅酸玻璃支持物(后者称作核酸阵列或微阵列或称作核酸芯片)上的情况下进行。为使杂交发生，通常将核酸分子热变性或化学变性以使双链解链成为两条单链和/或去除来自单链核酸的发夹或其它二级结构。
术语“严格性”指在其中发生杂交的条件。杂交的严格性受条件如温度、盐浓度、离子强度和杂交缓冲液组成影响。通常，将低严格性条件选择为在确定的离子强度及pH时低于特定序列热解链温度(Tm)约30℃。中等严格性条件是此时温度低于Tm约20℃，高严格性条件是此时温度低于Tm约10℃。高严格性杂交条件一般用于分离与靶核酸序列具有高序列相似性的杂交序列。然而，核酸可以在序列上偏离并且因遗传密码子的简并性而依旧编码基本上相同的多肽。因而有时候可能需要中等严格性杂交条件来鉴定此类核酸分子。
Tm是在确定的离子强度及pH下50％的靶序列与完全匹配的探针杂交时的温度。Tm取决于溶液条件和探针的碱基组成及长度。例如，较长的序列在较高温度下特异性地杂交。从低于Tm约16℃直至32℃获得最大杂交速率。一价阳离子在杂交溶液中的存在降低了两条核酸链间的静电排斥，因而促进杂交分子形成；这种作用对于高达0.4M的钠浓度是明显的(对于更高浓度，这种效应可以忽略)。甲酰胺降低DNA-DNA和DNA-RNA双链体的解链温度，每百分数甲酰胺降低0.6至0.7℃，并且添加50％甲酰胺允许在30至45℃进行杂交，虽然杂交速率会降低。碱基对错配降低了杂交速率及双链体的热稳定性。平均而言并且对于大的探针来说，每％碱基错配Tm下降约1℃。取决于杂交分子的类型，Tm可以使用下列等式计算：
1)DNA-DNA杂交分子(Meinkoth和Wahl，Anal.Biochem.，138：267-284，1984)：
Tm＝81.5℃+16.6xlog10[Na+]a+0.41x％[G/Cb]-500x[Lc]-1-0.61x％甲酰胺
2)DNA-RNA或RNA-RNA杂交分子：
Tm＝79.8+18.5(log10[Na+]a)+0.58(％G/Cb)+11.8(％G/Cb)2-820/Lc
3)寡DNA或寡RNAd杂交分子：
对于＜20个核苷酸：Tm＝2(ln)
对于20-35个核苷酸：Tm＝22+1.46(ln)
a或对于其它一价阳离子，但是仅在0.01-0.4M范围内是精确的。
b仅对于％GC在30％至75％范围内是精确的。
cL＝双链体的长度(以碱基对计)。
doligo，寡核苷酸；ln，＝引物的有效长度＝2×(G/C数)+(A/T数)。
可以众多已知技术的任何一种来控制非特异性结合，如例如用含蛋白质的溶液封闭薄膜、添加异源性RNA、异源性DNA及SDS至杂交缓冲液并且用RNA酶处理。对于非同源性探针，一系列杂交可以通过改变以下条件之一进行：(i)逐渐降低退火温度(例如从68℃至42℃)或(ii)逐渐降低甲酰胺浓度(例如从50％至0％)。技术人员了解杂交期间可以加以改变和将维持或改变严格性条件的多种参数。
除杂交条件之外，杂交特异性一般还取决于杂交后洗涤的功能。为除去因非特异性杂交所致的背景，样品用稀释的盐溶液洗涤。此类洗涤的关键因素包括最终洗涤溶液的离子强度及温度：盐浓度越低并且洗涤温度越高，则洗涤的严格性越高。洗涤条件一般在杂交严格性上或低于杂交严格性而进行。阳性杂交产生至少两倍于背景信号的信号。通常，用于核酸杂交分析法或基因扩增检测方法的合适严格性条件如上所述。也可以选择更严格或更不严格的条件。技术人员了解洗涤期间可以加以改变和将维持或改变严格性条件的多种参数。
例如，用于长度大于50个核苷酸的DNA杂交分子的常见高严格性杂交条件包括在65℃于1×SSC中或在42℃于1×SSC和50％甲酰胺中杂交，随后在65℃于0.3×SSC中洗涤。用于长度大于50个核苷酸的DNA杂交分子的中等严格性杂交条件的例子包括在50℃于4×SSC中或在40℃于6×SSC和50％甲酰胺中杂交，随后在50℃于2×SSC中洗涤。杂交分子的长度是杂交核酸的预期长度。当序列已知的核酸杂交时，可以通过比对序列并鉴定本文中所述的保守区而确定杂交分子长度。1×SSC是0.15M NaCl和15mM柠檬酸钠；杂交溶液和洗涤溶液可以额外地包含5×Denhardt试剂、0.5-1.0％SDS、100μg/ml变性的片段化鲑精DNA、0.5％焦磷酸钠。
为了定义严格性水平的目的，可以参考Sambrook等(2001)MolecularCloning：a laboratory manual，第三版，Cold Spring Harbor LaboratoryPress，CSH，New York或参考Current Protocols in Molecular Biology，John Wiley & Sons，N.Y.(1989和每年更新版本)。
剪接变体
如本文中所用的术语“剪接变体”包含其中已经切除、替换、移位或添加所选内含子和/或外显子或其中内含子已经缩短或加长的核酸序列的变体。此类变体将是其中基本上保留了蛋白质的生物活性的一种变体；这可以通过选择性保留蛋白质的功能性片段而实现。此类剪接变体可以在自然界中找到或可以人工制造。用于预测和分离此类剪接变体的方法是本领域众所周知的(见例如Foissac和Schiex，(2005)BMC Bioinformatics.6：25)。
等位变体
等位基因或等位变体是给定基因的替代形式，位于相同染色体位置内。等位变体包含单核苷酸多态性(SNP)和小插入/缺失多态性(INDEL)。INDEL的尺寸通常小于100bp。SNP和INDEL形成在大部分生物的天然存在性多态性株系中序列变体的最大集合。
内源基因
本文中提及的“内源”基因不仅仅指如在植物中以其天然形式(即没有任何人类干预)存在的所讨论基因，还指处于分离形式的随后(再)引入植物的相同基因(或基本上同源的核酸/基因)(转基因)。例如，含有这种转基因的转基因植物可以遭遇转基因表达大幅降低和/或内源基因表达的大幅降低。分离的基因可从生物体分离，或可人工制造(例如通过化学合成)。
基因改组/定向进化
基因改组或定向进化的组成为：反复DNA改组，随后适当筛选和/或选择以产生编码具有改进生物学活性的蛋白质的核酸或其部分的变体(Castle等，(2004)Science 304(5674)：1151-4；美国专利5,811,238和6,395,547)。
构建体
其它调节元件可包括转录及翻译增强子。本领域技术人员会了解适于在实施本发明中使用的终止子和增强子序列。如在定义部分所述，也可将内含子序列添加至5′非翻译区(UTR)或编码序列上，以增加在细胞质内积累的成熟信息的量。其它控制序列(除启动子、增强子、沉默子、内含子序列、3’UTR和/或5’UTR区之外)可以是蛋白质和/或RNA稳定元件。本领域技术人员会知道或可以容易地获得此类序列。
本发明的遗传构建体还可以包括在特定细胞类型中维持和/或复制需要的复制原点序列。一个例子是当需要将遗传构建体在细菌细胞中作为附加型遗传元件(例如质粒或粘粒分子)维持时。优选的复制原点包括但不限于f1-ori和colE1。
为检测如在本发明方法中所用核酸序列的成功转移和/或选择包含这些核酸序列的转基因植物，使用标记基因(或报告基因)是有利的。因而，遗传构建体可以任选地包含可选择标记基因。可选择标记在本文“定义”部分中有更详细的描述。一旦不再需要，可以从转基因细胞中去除或切除标记基因。用于标记基因去除的技术是本领域已知的，有用的技术在上文“定义”部分中描述。
调节元件/控制序列/启动子
术语“调节元件”、“控制序列”和“启动子”均在本文中可互换使用，并且在广义上意指能够实现与之连接的序列表达的调节性核酸序列。术语“启动子”一般指位于基因转录起点上游并参与识别及结合RNA聚合酶和其它蛋白质，因而指导有效连接的核酸转录的核酸控制序列。前述术语包括从典型的真核基因组基因(包括对于精确转录启动所需的TATA盒，具有或没有CCAAT盒序列)中衍生的转录调节序列和应答发育刺激和/或外部刺激或以组织特异性方式改变基因表达的额外调节元件(如，上游激活序列、增强子和沉默子)。本术语还包括典型的原核基因的转录调节序列，在此情况下它可以包括-35盒序列和/或-10盒转录调节序列。术语“调节元件”也包含赋予、激活或增强核酸分子在细胞、组织或器官中表达的合成的融合分子或衍生物。
“植物启动子”包含介导编码序列区段在植物细胞中表达的调节元件。因此，植物启动子不一定是植物来源的，而是可以源自病毒或微生物，例如来自侵袭植物细胞的病毒。“植物启动子”也可以源自植物细胞，例如来自用待于本发明方法中表达及在本文中描述的核酸序列所转化的植物。这也适用于其它“植物”调节性信号，如“植物”终止子。用于本发明方法中的核苷酸序列的启动子上游可以由一个或多个核苷酸替换、插入和/或缺失而受到修饰，但不干扰启动子、开放阅读框(ORF)或3′调节区(如终止子)或远离ORF的其它3′调节区的功能性或活性。启动子的活性还有可能因修饰该启动子的序列或由更具活性的启动子、甚至来自异源生物的启动子彻底替换该启动子而增加。为在植物中表达，如上所述，核酸分子必须有效连接至或包含合适的启动子，其中所述的启动子在正确时间点上并以所需要的空间表达模式表达基因。
为了鉴定功能等价启动子，可以分析候选启动子的启动子强度和/或表达模式，例如通过将该启动子与报告基因有效连接并测定该报告基因在多种植物组织中的表达水平和模式。合适的公知报告基因包括例如β-葡糖醛酸糖苷酶或β-半乳糖苷酶。通过测量β-葡糖醛酸糖苷酶或β-半乳糖苷酶的酶活性来测定启动子活性。接着可以将启动子强度和/或表达模式与参考启动子(如用于本发明方法中的)进行比较。或者，可以通过定量mRNA水平或者将本发明方法中所用核酸的mRNA水平与持家基因(如18S rRNA)的mRNA水平进行比较来测定启动子强度，其中使用本领域熟知的技术，如通过放射自显影的光密度测定分析进行的Northern印迹、定量实时PCR或RT-PCR(Heid等，1996 Genome Methods 6：986-994)。通常，“弱启动子”指驱动编码序列低水平表达的启动子。“低水平”指每个细胞中约1/10,000的转录物至约1/100,000的转录物至约1/500,0000的转录物的水平。相反，“强启动子”驱动编码序列高水平表达，或者每个细胞中约1/10的转录物至约1/100的转录物至约1/1000的转录物的水平。通常，“中等强度启动子”指此类启动子，其驱动编码序列以低于强启动子的水平表达，特别是在所有情况下以低于35S CaMV启动子控制时获得的水平表达。
有效连接
如本文中所用的术语“有效连接”指启动子序列与目的基因之间功能性地连接，以至于启动子序列能够启动目的基因转录。
组成型启动子
“组成型启动子”指在至少一种细胞、组织或器官中在其大多数(但不一定是全部)生长和发育阶段并在大多数环境条件下有转录活性的启动子。下表2a给出了组成型启动子的例子。
表2a：组成型启动子的例子
Figure BDA0000125779480000161
Figure BDA0000125779480000171
遍在启动子
遍在启动子在生物的基本上全部组织或细胞中有活性。
发育调节性启动子
发育调节性启动子在某个发育期期间或在经历发育变化的植物部分内有活性。
诱导型启动子
诱导型启动子在应答化学品(综述见Gatz 1997，Annu.Rev.PlantPhysiol.Plant Mol.Biol.，48：89-108)、环境刺激或物理刺激时具有受诱导或增加的转录启动，或可以是“胁迫诱导型”，即当植物暴露于多种胁迫条件时受到激活，或是“病原体诱导型”，即当植物暴露于多种病原体时受到激活。
器官特异性/组织特异性启动子
器官特异性或组织特异性启动子是能够优先在某些器官或组织如叶、根、种子组织等内启动转录的启动子。例如，“根特异性启动子”是在植物根中优势地具有转录活性的启动子，在植物的任何其它部分内基本上无活性，尽管在植物的这些其它部分内允许任何泄露表达。能够仅在某些细胞中启动转录的启动子在本文中称作“细胞特异性”。
根特异性启动子的例子列于下表2b中：
表2b：根特异性启动子的例子
Figure BDA0000125779480000181
Figure BDA0000125779480000191
种子特异性启动子主要在种子组织中有转录活性，但不一定仅在种子组织中有(泄漏表达的情况)。种子特异性启动子可在种子发育和/或萌发过程中有活性。种子特异性启动子可以是胚乳/糊粉/胚特异性的。种子特异性启动子的实例(胚乳/糊粉/胚特异性的)在下表2c至表2f中显示。种子特异性启动子的其它实例在Qing Qu和Takaiwa(Plant Biotechnol.J.2，113-125，2004)中给出，其公开内容整体并入本文作为参考。
表2c：种子特异性启动子的例子
Figure BDA0000125779480000201
Figure BDA0000125779480000211
表2d：胚乳特异性启动子的例子
Figure BDA0000125779480000212
表2e：胚特异性启动子的例子：
  基因来源   参考文献
  稻OSH1   Sato等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，93：8117-8122，1996
  KNOX   Postma-Haarsma等，Plant Mol.Biol.39：257-71，1999
  PRO0151   WO 2004/070039
  PRO0175   WO 2004/070039
  PRO005   WO 2004/070039
  PRO0095   WO 2004/070039
表2f：糊粉特异性启动子的例子：
如本文中所定义的绿色组织特异性启动子是主要在绿色组织中具有转录活性的启动子，在植物的任何其它部分内基本上无活性，尽管在植物的这些其它部分内允许任何泄露表达。
可以用来实施本发明方法的绿色组织特异性启动子的例子在下表2g中显示。
表2g：绿色组织特异性启动的例子
Figure BDA0000125779480000223
Figure BDA0000125779480000231
组织特异性启动子的另一个例子是分生组织特异性启动子，其主要在分生性组织中具有转录活性，在植物的任何其它部分内基本上无活性，尽管在植物的这些其它部分内允许任何泄露表达。可用于实施本发明方法的绿色分生组织特异性启动子的例子示于下列的表2h。
表2h：分生组织特异性启动子的例子
Figure BDA0000125779480000232
终止子
术语“终止子”包括这样的控制序列，其是在转录单位末端的DNA序列，发出对初级转录物进行3’加工并多聚腺苷化以及终止转录的信号。终止子可以来自天然基因、来自多种其它植物基因或来自T-DNA。待添加的终止子可以来自例如胭脂碱合酶或章鱼碱合酶基因，或者来自另一植物基因或较不优选地来自任何其它真核基因。
可选择标记(基因)/报告基因
“可选择标记”、“可选择标记基因”或“报告基因”包括向细胞赋予表型的任何基因，其中在所述的细胞内表达所述基因以促进鉴定和/或选择用本发明的核酸构建体所转染或转化的细胞。这些标记基因能够通过一系列不同原理鉴定核酸分子的成功转移。合适的标记可以选自赋予抗生素抗性或除草剂抗性、引入新代谢性状或允许目视选择的标记。可选择标记基因的例子包括赋予抗生素抗性的基因(如使新霉素和卡那霉素磷酸化的nptII或使潮霉素磷酸化的hpt或赋予对例如博来霉素、链霉素、四环素、氯霉素、氨苄青霉素、庆大霉素、遗传霉素(Geneticin，G418)、壮观霉素或杀稻瘟素的抗性的基因)、赋予除草剂抗性的基因(例如提供
Figure BDA0000125779480000241
抗性的bar；提供草甘膦抗性的aroA或gox或赋予对例如咪唑啉酮、膦丝菌素或磺脲类的抗性的基因)或提供代谢性状的基因(如允许植物使用甘露糖作为唯一碳源的manA或利用木糖的木糖异构酶或抗营养标记如2-脱氧葡萄糖抗性)。视觉标记基因的表达导致形成颜色(例如β-葡糖醛酸糖苷酶、GUS或β-半乳糖苷酶与其有色底物例如X-Gal)、发光(如萤光素/萤光素酶系统)或荧光(绿色荧光蛋白GFP及其衍生物)。这个名单仅代表少数的可能标记。技术人员熟悉此类标记。取决于生物和选择方法，优选不同的标记。
已知当核酸稳定或瞬时整合至植物细胞时，仅小部分的细胞摄取外来DNA并且根据需要将其整合至细胞基因组，这取决于所用表达载体和使用的转染技术。为鉴定并选择这些整合子，通常将编码可选择标记(如上文所述之一)的基因连同目的基因一起引入宿主细胞。这些标记可以例如在其中这些基因因例如常规方法所致的缺失而无功能的突变体中使用。此外，编码可选择标记的核酸分子可以引入宿主细胞中，与编码本发明多肽或本发明方法中所用多肽的序列在同一载体上，或在单独的载体上。已经用引入的核酸稳定转染的细胞可以例如通过选择进行鉴定(例如具有整合的可选择标记的细胞存活而其它细胞死亡)。
因为一旦已经成功引入了核酸，则转基因宿主细胞中就不再需要或不希望有标记基因，尤其抗生素抗性基因和除草剂抗性基因，因此用于引入核酸的本发明方法有利地使用能够去掉或切除这些标记基因的技术。一种如此方法称作共转化法。共转化法使用同时用于转化的两种载体，一种载体携带本发明的核酸而另一种载体携带标记基因。高比例的转化体接受，或在植物的情况下，包含(高达40％或更多的转化体)这两种载体。在用农杆菌转化的情况下，转化体通常仅接受载体的一部分，即侧翼有T-DNA的序列，它通常代表表达盒。标记基因随后可以通过进行杂交而从转化的植物中去掉。在另一种方法中，整合至转座子的标记基因用来与想要的核酸一起进行转化(称作Ac/Ds技术)。转化体可以与转座酶来源植物杂交或转化体用导致转座酶表达的核酸构建体瞬时或稳定地转化。在一些情况下(大约10％)，转座子在已经成功发生转化时跳出宿主细胞的基因组并丢失。在其它更多情况下，转座子跳至不同位置。在这些情况下，标记基因必须通过进行杂交而去除。在微生物学中，开发了实现或促进检测这类事件的技术。又一个有利的方法依赖于已知的重组系统；此方法的优势在于不必通过杂交去除。该类型的最知名系统称作Cre/lox系统。Cre1是去掉位于loxP序列之间序列的重组酶。若标记基因整合于loxP序列之间，则在已经成功发生转化时，通过重组酶表达去除标记基因。其它重组系统是HIN/HIX、FLP/FRT和REP/STB系统(Tribble等，J.Biol.Chem.，275，2000：22255-22267；Velmurugan等，J.Cell Biol.，149，2000：553-566)。有可能将本发明核酸序列以位点特异性方式整合至植物基因组。这些方法自然也可以应用至微生物如酵母、真菌或细菌。
转基因的/转基因/重组
为本发明目的，“转基因的”、“转基因”或“重组”就例如核酸序列而言意指包含此核酸序列的表达盒、基因构建体或载体或用本发明的核酸序列、表达盒或载体转化的生物，所有那些构建均通过重组方法产生，其中
(a)编码用于本发明方法中的蛋白质的核酸序列，或
(b)与本发明核酸序列有效连接的遗传控制序列，例如启动子，或
(c)a)和b)
不处于其天然遗传环境中或已经通过重组方法修饰，修饰有可能采用例如替换、添加、缺失、倒位或插入一个或多个核苷酸残基的形式。天然遗传环境理解为意指来源植物中或存在于基因组文库中的天然基因组基因座或染色体基因座。在基因组文库的情况下，核酸序列的天然遗传环境优选地得到保留，至少部分地得以保留。该环境分布在核酸序列的至少一侧并且具有至少50bp，优选至少500bp，特别优选至少1000bp，最优选至少5000bp的序列长度。天然存在的表达盒-例如核酸序列的天然启动子与编码本发明方法中所用多肽的对应核酸序列的天然存在的组合，如上文所定义-在这种表达盒通过非天然的合成(“人工”)方法(如例如诱变处理)修饰后，变成转基因表达盒。合适方法例如在US 5,565,350或WO 00/15815中描述。
为本发明目的，转基因植物因此如上理解为意指本发明方法中所用的核酸不位于所述植物基因组中该核酸的天然基因座内，所述核酸有可能同源或异源地表达。然而如所提及，转基因还意指尽管本发明核酸或在本发明方法中所用核酸处于植物基因组中该核酸的天然位置内，然而其序列相对于天然序列而言已经受到修饰，和/或所述天然序列的调节序列已经受到修饰。转基因优选地理解为意指本发明核酸在基因组中的非天然基因座内表达，即发生核酸的同源表达或优选异源表达。在本文中提到了优选的转基因植物。
调节
术语“调节”就表达或基因表达而言意指这样的过程，其中表达水平与对照植物相比因所述基因的表达而改变，表达水平可以是增加或减少。原先未受调节的表达可以是结构RNA(rRNA、tRNA)或mRNA具有随后翻译的任何类型表达。术语“调节活性”应当意指本发明核酸序列或所编码蛋白质的表达的任何变化，这导致植物增加的产量和/或增加的生长。
表达
术语“表达”或“基因表达”指转录一个或多个特定基因或特定的遗传构建体。特别地，术语“表达”或“基因表达”指将一个或多个基因或遗传构建体转录成结构RNA(rRNA、tRNA)或mRNA，包括或者不包括后者随后翻译成蛋白质。该过程包括转录DNA和加工所得的mRNA产物。
增加的表达/过表达
如本文中所用的术语“增加的表达”或“过表达”意指对于原有野生型表达水平是额外的任何形式表达。
在本领域内详细记载了用于增加基因或基因产物表达的方法并且它们包括例如，由适宜启动子驱动的过表达、使用转录增强子或翻译增强子。可以在非异源形式的多核苷酸的适宜位置(一般是上游)内引入作为启动子或增强子元件的分离核酸，以便上调编码目的多肽的核酸的表达。例如，内源性启动子可以通过突变、缺失和/或置换而在体内改变(见Kmiec，US5,565,350；Zarling等，WO9322443)，或可以将分离的启动子以相对于本发明基因的正确方向及距离引入植物细胞，以便控制基因表达。
如果期望表达多肽，一般期望在多核苷酸编码区的3’末端包含多腺苷酸化区。多腺苷酸化区可来自该天然基因，来自多种其它植物基因，或者来自T-DNA。待被加入的3’末端序列可来自例如胭脂碱合酶或章鱼碱合酶基因，或者来自另一植物基因，或者较不优选地来自任何其它真核基因。
内含子序列也可添加至5′非翻译区(UTR)或部分编码性序列的编码序列上，以增加在细胞质内积累的成熟信息的量。已经证实可剪接内含子在植物表达构建体和动物表达构建体中转录单位内的包含在mRNA水平及蛋白质水平上增加基因表达至多达1000倍(Buchman和Berg(1988)Mol.Cell biol.8：4395-4405；Callis等(1987)Gens Dev 1：1183-1200)。基因表达的此类内含子增强作用一般在位于转录单元5′端附近时最强烈。使用玉米内含子Adh1-S内含子1、2和6、Bronze-1内含子是本领域已知的。对于一般信息，见：《玉米手册》，第116章，编者Freeling和Walbot，Springer，N.Y.(1994)。
降低的表达
本文中提及的“降低的表达”或者“降低或基本去除”的表达意指内源基因表达和/或多肽水平和/或多肽活性相对于对照植物的降低。与对照植物相比，降低或基本去除以递增优选顺序是至少10％、20％、30％、40％或50％、60％、70％、80％、85％、90％或95％、96％、97％、98％、99％或更多的降低。
为了降低或基本去除内源基因在植物中的表达，需要核酸序列的足够长度的基本上连续的核苷酸。为了开展基因沉默，这个长度可以是少至20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10个或更少的核苷酸，或者该长度可以多至整个基因(包括5’和/或3’UTR，部分或全体)。基本上连续的核苷酸片段可以来自编码目的蛋白质的核酸(靶基因)或来自能够编码目的蛋白质的直向同源物、旁系同源物或同源物的任何核酸。优选地，基本上连续的核苷酸片段能够与靶基因(有义链或反义链)形成氢键，更优选地，基本上连续的核苷酸片段以递增优选顺序与靶基因(有义链或反义链)具有50％、60％、70％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、100％的序列同一性。编码(功能性)多肽的核酸序列不是本文中所讨论用于降低或基本去除内源基因表达的多种方法所需的。
表达的这种降低或基本去除可以使用常规工具和技术完成。用于降低或基本去除内源基因表达的优选方法是通过在植物中引入和表达遗传构建体，将被间隔物(非编码DNA)分隔的核酸作为反向重复序列(部分地或完全地)克隆入此构建体中(在此情况下该核酸是从目的基因或从任何核酸中衍生的一段基本上连续的核苷酸，其中所述的任何核酸能够编码任何目的蛋白质之一的直向同源物、旁系同源物或同源物)。
在这样的优选方法中，通过RNA介导的沉默降低或基本去除内源基因表达，其中使用核酸或其部分的反向重复序列(在此情况下是从目的基因或从任何核酸中衍生的一段基本上连续的核苷酸，其中所述的任何核酸能够编码目的蛋白质的直向同源物、旁系同源物或同源物)，优选能够形成发夹结构。反向重复序列克隆在含有控制序列的表达载体中。非编码DNA核酸序列(间隔物，例如基质结合区片段(MAR)、内含子、聚合接头等等)位于形成反向重复序列的两个反向核酸之间。在反向重复序列转录后，形成带有自身互补结构(部分或完全的)的嵌合RNA。这个双链RNA结构被称为发夹RNA(hpRNA)。hpRNA由植物加工成siRNA，其整合入RNA诱导的沉默复合物(RISC)中。RISC进一步切割mRNA转录本，由此大量减少将被翻译成多肽的mRNA转录本的数量。对于更多一般性细节见例如，Grierson等(1998)WO 98/53083；Waterhouse等(1999)WO 99/53050)。
本发明方法的实施不依赖于在植物中引入和表达遗传构建体(核酸作为反向重复序列克隆至该构建体中)，也可使用数个熟知的“基因沉默”方法中的任何一个或多个达到相同效果。
用于减少内源基因表达的一个此类方法是RNA介导的基因表达沉默(下调)。在此情况下，沉默由植物中的双链RNA序列(dsRNA)引发，该双链RNA序列与内源靶基因基本相似。这个dsRNA由植物进一步加工成约20至约26个核苷酸，被称为短干扰RNA(siRNA)。siRNA整合入RNA诱导的沉默复合物(RISC)中，该复合物切割内源靶基因的mRNA转录本，由此大量减少将被翻译成多肽的mRNA转录本的数量。优选地，双链RNA序列对应于靶基因。
RNA沉默方法的另一个例子包括以有义方向引入核酸序列或其部分(在此情况下是从目的基因或从任何核酸中衍生的一段基本上连续的核苷酸，其中所述的任何核酸能够编码目的蛋白质的直向同源物、旁系同源物或同源物)至植物内。“有义方向”指与其mRNA转录本同源的DNA序列。因此引入植物的将至少是核酸序列的一个拷贝。附加的核酸序列将减少内源基因的表达，引起通常所说的共抑制现象。因为高转录本水平和共抑制的引发之间正相关，如果数个附加拷贝的核酸序列引入植物中，基因表达的减少将更显著。
RNA沉默方法的另一个例子包括使用反义核酸序列。“反义”核酸序列包含与编码蛋白质的“有义”核酸序列互补的核苷酸序列，也就是，与双链cDNA分子的编码链互补或与mRNA转录本序列互补。反义核酸序列优选与将被沉默的内源基因互补。互补性可位于基因的“编码区”和/或“非编码区”。术语“编码区”指含有翻译成氨基酸残基的密码子的核苷酸序列区。术语“非编码区”指位于编码区侧翼的5′和3′序列，其将被转录却不被翻译成氨基酸(也称为5′和3′非翻译区)。
反义核酸序列可根据Watson和Crick碱基配对的规则进行设计。反义核酸序列可以与整个核酸序列互补(在这种情况下，基本上连续的核苷酸片段可以来自目的基因，或来自能够编码目的蛋白质的直向同源物、旁系同源物或同源物的任何核酸)，也可以是寡核苷酸，其仅与核酸序列(包括mRNA 5’和3’UTR)的一部分是反义的。例如，反义寡核苷酸序列可以与编码多肽的mRNA转录本的翻译起始位点周围的区域互补。适合的反义寡核苷酸序列长度在本领域是已知的，可从约50、45、40、35、30、25、20、15或10核苷酸长度或更少起始。本发明的反义核酸序列可使用化学合成以及酶连接反应通过本领域已知的方法构建。例如，反义核酸序列(例如，反义寡核苷酸序列)可以使用天然存在的核苷酸或各种修饰的核苷酸(为增加分子的生物稳定性或增加反义和有义核酸序列之间形成的双螺旋的物理稳定性而设计)进行化学合成，例如，可以使用硫代磷酸酯衍生物和吖啶取代的核苷酸。本领域熟知可用于产生反义核酸序列的修饰的核苷酸实例。已知的核苷酸修饰包括甲基化、环化和‘帽’和一个或多个天然存在核苷酸用类似物如肌苷替换。核苷酸的其它修饰是本领域众所周知的。
可使用表达载体生物学产生反义核酸序列，其中核酸序列以反义方向亚克隆进入该表达载体(即，转录自插入核酸的RNA与目的靶核酸是反义方向的)。优选地，植物中反义核酸序列通过稳定整合的核酸构建体(包含启动子、有效连接的反义寡核苷酸和终止子)产生。
本发明方法中用于沉默的核酸分子(无论引入植物或在原位产生)与mRNA转录本和/或编码多肽的基因组DNA杂交或结合，由此抑制蛋白质的表达，例如，通过抑制转录和/或翻译。杂交可以通过常规的核苷酸互补形成稳定的双螺旋，或例如，就结合至DNA双螺旋的反义核酸序列而言，通过双螺旋大沟中的特异性相互作用。反义核酸序列可通过转化或在特异组织位点直接注射引入植物中。备选地，可修饰反义核酸序列以靶向被选细胞，随后整体性施用。例如，对于整体施用，可改进反义核酸序列，使它们与表达于被选细胞表面上的受体或抗原特异性结合，例如通过将反义核酸序列连接至与细胞表面受体或抗原结合的肽或抗体。也可使用本文所述的载体将反义核酸序列输送至细胞。
另一方面，反义核酸序列是一种a-异头物核酸序列。a-异头物核酸序列与互补的RNA形成特异性双链杂交，其中(与常见的b-单位相反)链相互之间平行(Gaultier等(1987)Nucl Ac Res 15：6625-6641)。反义核酸序列也可包含2′-o-甲基核糖核苷(Inoue等(1987)Nucl Ac Res 15，6131-6148)或嵌合的RNA-DNA类似物(Inoue等(1987)FEBS Lett.215，327-330)。
内源基因表达的降低或基本消除也可使用核酶实施。核酶是有核糖核酸酶活性的催化RNA分子，能切割单链的核酸序列，如mRNA，它们与切割的单链核酸序列具有互补区。因此，核酶(例如，锤头核酶(在Haselhoff和Gerlach(1988)Nature 334，585-591中描述)可用于催化切割编码多肽的mRNA转录本，由此基本上减少将要被翻译成多肽的mRNA转录本的数量。可以设计对核酸序列具有特异性的核酶(见例如：Cech等美国专利号4,987,071；和Cech等美国专利号5,116,742)。备选地，对应于核酸序列的mRNA转录本可用于从RNA分子库中选择具有特定核糖核酸酶活性的催化RNA(Bartel和Szostak(1993)Science 261，1411-1418)。使用核酶用于植物中基因沉默是本领域已知的。(例如，Atkins等(1994)WO 94/00012；Lenne等(1995)WO 95/03404；Lutziger等(2000)WO 00/00619；Prinsen等(1997)WO 97/13865和Scott等(1997)WO 97/38116)。
基因沉默也可以通过插入诱变(例如T-DNA插入或转座子插入)或通过如Angell和Baulcombe((1999)Plant J.20(3)：357-62)、(Amplicon VIGSWO 98/36083)或Baulcombe(WO 99/15682)及其它人描述的策略而实现。
如果内源基因上有突变，和/或在随后引入植物中的分离的基因/核酸上有突变，也可以发生基因沉默。降低或基本上消除可由非功能性多肽引起。例如，多肽可结合至多种相互作用的蛋白质；因此一个或多个突变和/或截断可提供一种多肽，该多肽仍能结合至相互作用的蛋白质(如受体蛋白质)，但不可显示其正常功能(如信号配体)。
基因沉默的另一种方法是通过靶向与基因调节区(例如启动子和/或增强子)互补的核酸序列以形成三重螺旋结构，该结构防止基因在靶细胞中转录。见Helene，C.，Anticancer Drug Res.6，569-84，1991；Helene等，Ann.N.Y.Acad.Sci.660，27-361992和Maher，L.J.Bioassays 14，807-15，1992。
其它方法，如使用针对内源性多肽的抗体以抑制此多肽在植物中的功能，或干扰所述多肽参与的信号途径，对于技术人员将是众所周知的。特别地，可预见人造分子可用于抑制靶多肽的生物学功能或用于干扰靶多肽参与的信号通路。
备选地，可以设立筛选程序以鉴定植物群体中基因的天然变体，该变体编码具有降低活性的多肽。此类天然变体也可用于例如实施同源重组。
人工和/或天然的微RNA(miRNA)可以用来敲除基因表达和/或mRNA翻译。内源性miRNA是通常19-24个核苷酸长度的单链小RNA。它们的主要功能是调节基因表达和/或mRNA翻译。大多数植物微RNA(miRNA)与它们的靶序列具有完全或近乎完全的互补性。然而，有的天然靶标多达五个错配。它们通过Dicer家族双链特异性核糖核酸酶从更长的非编码RNA(带有特征性折回结构)加工。加工后，通过结合到其主要组分(Argonaute蛋白质)将它们整合入RNA诱导的沉默复合物(RISC)中。由于它们与细胞质中的靶核酸(主要是mRNA)进行碱基配对，MiRNA用作RISC的特异性组分。随后的调节事件包括靶mRNA切割和破坏和/或翻译抑制。因此，miRNA过表达的影响常常反映在靶基因减少的mRNA水平中。
通常21个核苷酸长度的人工微RNA(amiRNA)可以遗传改造以特异性地负调节单个或多个目的基因的基因表达。植物微RNA靶的选择的决定因素是本领域众所周知的。用于靶识别的经验参数已经确定并且可以用来辅助设计特定的amiRNA(Schwab等，Dev.Cell 8：517-527，2005)。用于设计并产生amiRNA及其前体的便利工具也是公众可获得的(Schwab等，Plant Cell 18：1121-1133，2006)。
为优化性能，用于降低内源基因在植物中表达的基因沉默技术需要使用来自单子叶植物的核酸序列以转化单子叶植物，和使用来自双子叶植物的核酸序列以转化双子叶植物。优选地，将来自任何给定植物物种的核酸序列引入同一个物种内。例如，将来自稻的核酸序列转化至稻植物。然而，并非绝对要求待引入的核酸序列起源于与该核酸序列将要引入的植物相同的植物物种。只要内源性靶基因与待引入的核酸之间存在相当大的同源性就足够了。
上文描述的是用于降低或基本去除内源基因在植物中表达的多种方法的例子。本领域技术人员会轻易地能够调整前述用于沉默的方法以至于例如通过利用合适启动子而实现在整株植物或在其部分中降低内源基因的表达。
转化
如本文中所提及的术语“引入”或“转化”包括将外源性多核苷酸转移至宿主细胞内，无论用于转化的方法是什么。能够后续克隆性增殖(无论通过器官发生或胚发生)的植物组织可以用本发明的遗传构建体转化并且可以从中再生整株植物。选择的具体组织将取决于可用于并且最适于正进行转化的具体物种的克隆性增殖系统。示例性组织靶包括叶盘、花粉、胚、子叶、下胚轴、大配子体、愈伤组织、已有的分生组织(例如顶端分生组织、腋芽和根分生组织)和诱导的分生组织(例如子叶分生组织和下胚轴分生组织)。多核苷酸可以瞬时或稳定地引入宿主细胞并且可以非整合地维持，例如作为质粒。或者，多核苷酸可以整合至宿主基因组内。产生的转化植物细胞随后可以用来以本领域技术人员已知的方式再生出转化植物。
外来基因转移至植物基因组内称作转化。植物物种的转化现在是相当常规的技术。有利地，几种转化方法中的任一方法可以用来将目的基因引入合适的祖先细胞。用于从植物组织或植物细胞中转化并再生出植物的方法可以用于瞬时转化或用于稳定转化。转化方法包括使用脂质体、电穿孔法、增加游离DNA摄入的化学品、DNA直接注射至植物、粒子枪轰击法、使用病毒或花粉的转化法和显微注射。转化方法可以选自用于原生质体的钙/聚乙二醇法(Krens，F.A.等，(1982)Nature 296，72-74；Negrutiu I等(1987)Plant Mol Biol 8：363-373)；原生质体的电穿孔法(Shillito R.D.等(1985)Bio/Technol 3，1099-1102)；对植物材料的显微注射(Crossway A等，(1986)Mol.Gen Genet 202：179-185)；包被有DNA或RNA的粒子轰击法(Klein TM等，(1987)Nature 327：70)、(非整合性)病毒感染法等。转基因植物，包括转基因作物植物，优选地通过农杆菌介导的转化法产生。有利的转化方法是在植物中(in planta)的转化法。为此目的，例如有可能使农杆菌作用于植物种子或有可能用农杆菌接种植物的分生组织。根据本发明已经证明使转化的农杆菌混悬液作用于完整植物或至少作用于花原基是特别有利的。植物随后继续培育直至获得所处理植物的种子(Clough和Bent，Plant J.(1998)16，735-743)。用于农杆菌介导的稻转化的方法包括用于稻转化的公知方法，如在任一以下文献中描述的那些方法：欧洲专利申请EP1198985A1，Aldemita和Hodges(Planta 199：612-617，1996)；Chan等(PlantMol Biol 22(3)：491-506，1993)，Hiei等(Plant J 6(2)：271-282，1994)，其公开内容在本文中引入作为参考，如同完全给出那样。在玉米转化的情况下，优选的方法如Ishida等(Nat.Biotechnol 14(6)：745-50，1996)或Frame等(Plant Physiol 129(1)：13-22，2002)描述，其公开内容在本文中如充分所述那样引入作为参考。所述方法通过举例方式进一步由B.Jenes等，Techniques for Gene Transfer，在：Transgenic Plants，第1卷，Engineeringand Utilization，编者S.D.Kung和R.Wu，Academic Press(1993)128-143及在Potrykus Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Molec.Biol.42(1991)205-225)中描述。待表达的核酸或构建体优选地克隆至适于转化根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)的载体中，例如pBin19(Bevan等，Nucl.Acids Res.12(1984)8711)。由这种载体转化的农杆菌随后可以按照已知方式用于转化植物，例如作为模型使用的植物，如拟南芥(拟南芥属于本发明的范围，不视为作物植物)或作物植物如，例如烟草植物，例如通过在农杆菌溶液中浸泡擦伤的叶或切碎的叶并随后将它们在合适的培养基内培育。植物通过根癌农杆菌的转化例如由
Figure BDA0000125779480000341
和Willmitzer在Nucl.Acid Res.(1988)16，9877中描述或尤其从F.F.White，Vectors for GeneTransfer in Higher Plants；在Transgenic Plants，第1卷，Engineering andUtilization，编者S.D.Kung和R.Wu，Academic Press，1993，第15-38页中获知。
除了转化体细胞(其随后必须再生成完整植物)之外，还有可能转化植物分生组织的细胞及特别转化发育成配子的那些细胞。在这种情况下，转化的配子遵循天然的植物发育过程，产生转基因植物。因此，例如拟南芥种子用农杆菌处理并且从发育植物中获得种子，其中一定比例的所述植物受到转化并且因此是转基因的[Feldman，KA和Marks MD(1987)Mol GenGenet.208：274-289；Feldmann K(1992)。在：编者C Koncz，N-H Chua和J Shell，Methods in Arabidopsis Research.Word Scientific，Singapore，第274-289页]。替代性方法基于反复去掉花序并使莲座中心中的切除部位与转化的农杆菌孵育，因而转化的种子同样可以在较晚的时间点获得(Chang(1994)Plant J.5：551-558；Katavic(1994).Mol Gen Genet，245：363-370)。然而，尤其有效的方法是改进的真空渗入法，如“花浸染”法。在拟南芥真空渗入法的情况下，完整植物在减压下用农杆菌混悬液处理[Bechthold，N(1993).C R Acad Sci Paris Life Sci，316：1194-1199]，而在“花浸染”法的情况下，正在发育的花组织与表面活性剂处理的农杆菌混悬液短暂孵育[Clough，SJ和Bent，AF(1998)The Plant J.16，735-743]。在两种情况下收获了一定比例的转基因种子，并且这些种子可以通过在如上所述的选择条件下培育而与非转基因种子区分。此外，质体的稳定转化是有利的，因为质体在大部分作物中以母体方式遗传，降低或消除了转基因经花粉流动风险。叶绿体基因组的转化一般通过已在Klaus等，2004[Nature Biotechnology 22(2)，225-229]中示例性加以展示的方法实现。简而言之，待转化的序列连同可选择标记基因一起克隆至与叶绿体基因组同源的侧翼序列之间。这些同源的侧翼序列指导位点特异性整合至原质体系内。已经对众多不同植物物种描述了质体转化并且综述可以出自Bock(2001)在基础研究和植物生物技术中的转基因质体(Transgenicplastids in basic research and plant biotechnology).J Mol Biol.2001年9月21日；312(3)：425-38或Maliga，P(2003)质体转化技术商业化进展(Progress towards commercialization of plastid transformationtechnology).Trends Biotechnol.21，20-28。进一步生物技术进展最近已经以无标记质体转化体的形式作了报道，所述无标记质体转化体可以通过瞬时共整合的标记基因产生(Klaus等，2004，Nature Biotechnology 22(2)，225-229)。
遗传修饰的植物细胞能够通过技术人员熟悉的所有方法再生。合适的方法可见于上述S.D.Kung和R.Wu、Potrykus或者和Willmitzer的出版物。
通常在转化以后，选出存在一个或多个标记的植物细胞或细胞群，所述标记由与目的基因共转移的植物可表达基因编码，继之将转化的材料再生成整个植物。为选择转化的植物，通常将在转化过程中获得的植物材料置于选择性条件下，从而可将转化的植物与非转化植物区分开来。例如，可以种植以上述方式获得的种子，并在最初的生长期之后，通过喷雾对其进行合适的选择。另一可能方案是使用合适的选择剂，将种子(适当时在灭菌之后)种在琼脂板上，从而仅转化的种子能够长成植物。备选地，针对转化的植物筛选可选择标记(如上文所述标记)的存在。
DNA转移和再生之后，还可评价推定转化的植物，例如用Southern分析，评价目的基因的存在、拷贝数和/或基因组构造。备选地或额外地，可用Northern和/或Western分析监测新引入的DNA的表达水平，这两种技术都是本领域普通技术人员所熟知的。
产生的转化植物可以通过多种方式繁殖，如通过克隆繁殖或经典的育种技术。例如，第一代(或T1)转化的植物可自交，选择纯合的第二代(或T2)转化体，而T2植物可进一步通过经典育种技术繁殖。产生的转化生物体可以有多种形式。例如，它们可以是转化细胞和非转化细胞的嵌合体；克隆的转化体(例如所有细胞经转化含有表达盒)；转化和非转化组织的嫁接体(例如在植物中，转化的根状茎嫁接到非转化的接穗上)。
T-DNA激活标签化
T-DNA激活标签化(Hayashi等Science(1992)1350-1353)涉及在目的基因的基因组区域内或基因编码区上游或下游10kb处以如此结构插入T-DNA(通常含有启动子，也可以是翻译增强子或内含子)，使得启动子指导被靶定基因的表达。通常，由靶定基因的天然启动子对所述靶定基因表达的调节作用遭到破坏并且该基因处在新引入的启动子控制下。启动子一般嵌入在T-DNA中。这种T-DNA随机地插入植物基因组，例如通过农杆菌感染，并导致在所插入T-DNA附近的基因的经修饰的表达。因靠近所引入启动子的基因的经修饰的表达，产生的转基因植物表现显性表型。
TILLING
术语“TILLING”是“基因组内定向诱导的局部损伤”的缩写，指用于产生和/或鉴定核酸的诱变技术，其中所述的核酸编码具有修饰的表达和/或活性的蛋白质。TILLING还允许选择携带此类突变变体的植物。这些突变变体可以显示在强度方面或在位置方面或在时间方面经修饰的表达(例如若突变影响启动子)。这些突变变体可以显示比由处于其天然形式的基因所显出活性更高的活性。TILLING将高密度诱变与高通量筛选方法组合。一般在TILLING中遵循的步骤是：(a)EMS诱变(Redei GP和KonczC(1992)在Methods in Arabidopsis Research，Koncz C，Chua NH，SchellJ编辑，Singapore，World Scientific Publishing Co，第16-82页；Feldmann等，(1994)在Meyerowitz EM，Somerville CR编辑，Arabidopsis.ColdSpring Harb或Laboratory Press，Cold Spring Harbor，NY，第137-172页；Lightner J和Caspar T(1998)在J Martinez-Zapater，J Salinas编者，Methods on Molecular Biology第82卷.Humana Press，Totowa，NJ，第91-104页)；(b)个体的DNA制备和汇集；(c)PCR扩增目的区；(d)变性和退火以允许形成异源双链体；(e)DHPLC，其中将异源双链体在汇集物中的存在检测为色谱图之一额外峰；(f)鉴定突变个体；和(g)对突变PCR产物测序。用于TILLING的方法是本领域众所周知的(McCallum等，(2000)Nat Biotechnol 18：455-457；综述见Stemple(2004)Nat Rev Genet 5(2)：145-50)。
同源重组
同源重组允许选择的核酸在基因组中于确定的所选择位置内引入。同源重组是在生物科学中常规地用于低等生物如酵母或苔藓剑叶藓(Physcomitrella)的标准技术。用于在植物中开展同源重组的方法已经不仅对模式植物(Offringa等，(1990)EMBO J 9(10)：3077-84)而且对作物植物例如稻(Terada等，(2002)Nat Biotech 20(10)：1030-4；Iida和Terada(2004)Curr Opin Biotech 15(2)：132-8)进行了描述，并且不论何种目标生物，都存在一般可用的方法(Miller等，Nature Biotechnol.25，778-785，2007)。
产量相关性状
产量相关性状包括下述一项或多项：产量、生物量、种子产量、早期萌发势、绿度指数、增加的生长速率、改进的农学性状(如改进的用水效率(WUE)、用氮效率(NUE)等)。
产量
术语“产量”通常意指经济价值的可测量结果，一般与指定作物、与面积并与时间段有关。单个植物部分基于它们的数目、大小和/或重量而直接对产量有贡献，或实际产量是对于某作物而言一年内每平方米的产量，这通过总产量(包括收获的和评价的产量)除以种植的平方米数而确定。术语植物的“产量”可以与该植物的营养体生物量(根和/或苗生物量)、繁殖器官和/或繁殖体(例如种子)有关。
以玉米为例，产量增加可以表现为下列一种或多种指标：每平方米中已建立植物数的增加、每株植物穗数的增加、行数、每行粒数、粒重、千粒重、玉米穗长度/直径的增加、种子饱满率的增加(其中种子饱满率是饱满种子数除以种子总数并乘以100)及其它。以稻为例，产量增加本身可以表现为下列一种或多种指标的增加：每平方米植物数、每株植物穗数、每穗小穗数、穗长、每穗花(小花)数、种子饱满率的增加(其中种子饱满率是饱满种子数除以种子总数并乘以100)、千粒重的增加及其它。在稻中，浸没耐受性也可以产生增加的产量。
早期萌发势
“早期萌发势”指活跃、健康、良好平衡的生长(特别是在植物生长早期期间)，并可以因植物适合度增加而产生，其原因在于例如植物更好地适应其环境(即优化能源的使用和苗与根之间的分配)。具有早期萌发势的植物也显示增加的幼苗存活和更好的作物建立，这往往导致高度均匀的田块(作物整齐地生长，即大多数植物在基本上相同的时间上达到发育的各阶段)和往往更好及更高的产量。因而，早期萌发势可以通过多种因素如千粒重、萌发百分数、出苗百分数、幼苗生长、幼苗高度、根长度、根及苗生物量和众多其它因素而确定。
增加的生长速率
增加的生长速率可以对于植物的一个或多个部分(包括种子)是特异性的，或可以基本上遍及整株植物。具有增加的生长速率的植物可以具备较短的生活周期。植物的生活周期可以视为意指从干燥成熟种子成长至植物已经产生与起始材料相似的干燥成熟种子的阶段所需要的时间。这个生活周期可以受下列因素影响，如发芽的速度、早期萌发势、生长速率、绿度指数、开花时间和种子成熟速度。生长速率的增加可以在植物生活周期之一或多个阶段上或在基本上整个植物生活周期期间发生。在植物生活周期中的早期期间增加的生长速率可以反映增强的萌发势。生长速率的增加可以改变植物的收获周期，允许植物较晚播种和/或较早收获，否则这将不可能(相似的作用可以用较早的开花时间获得)。若生长速率充分地增加，可以允许再播种相同植物物种的种子(例如播种并收获稻植物，随后播种并收获其它稻植物，全部均在一个常规生长时段内)。类似地，若生长速率足够地增加，可以允许再播种不同植物物种的种子(例如播种并收获玉米植物，随后例如播种并任选收获大豆、马铃薯或任何其它合适植物)。从相同的根茎中收获额外次数在一些作物植物的情况中也是可能的。改变植物的收获周期可以导致每平方米的年生物量产量的增加(因任何特定植物可以生长并收获的次数(如在一年中)增加)。生长速率的增加也可以允许比其野生型对应物而言在更广泛的地理区域内培育转基因植物，因为对培育作物的区域限制往往由栽种时节(早季)或在收获时期(晚季)的不利环境条件所决定。若缩短收获周期，则可以避开这类不利条件。生长速率可以通过从生长曲线中得到多种参数而确定，此类参数可以是：T-Mid(植物达到其50％最大尺寸所花费的时间)和T-90(植物达到其90％最大尺寸所花费的时间)，等等。
胁迫抗性
与对照植物相比，无论植物处于非胁迫条件下还是植物暴露于多种胁迫下，都发生产量和/或生长速率的增加。植物一般通过生长得更慢而对暴露于胁迫作出应答。在严重胁迫条件下，植物甚至可以完全停止生长。另一方面，轻微胁迫在本文中定义为植物暴露于其的任何胁迫，其中所述的胁迫未导致植物完全停止生长而没有恢复生长的能力。与非胁迫条件下的对照植物相比，轻微胁迫在本发明意义中导致受胁迫植物生长降低小于40％、35％、30％或25％，优选小于20％或15％。由于农业实践(灌溉、施肥、杀虫剂处理)上的进步，在栽培作物植物中并不经常遇到严重胁迫。因此，由轻微胁迫诱导的受损生长往往是农业上不希望的特征。轻微胁迫是植物暴露的常见生物性和/或非生物性(环境)胁迫。非生物胁迫可以因干旱或水涝、厌氧胁迫、盐胁迫、化学毒性、氧化胁迫和热、寒冷或冰冻温度所致。非生物胁迫可以是由水胁迫(尤其因为干旱)、盐胁迫、氧化胁迫或离子胁迫引起的渗透胁迫。生物胁迫一般是由病原体如细菌、病毒、真菌、线虫和昆虫引起的那些胁迫。
尤其，本发明的方法可以在非胁迫条件下或在轻微干旱条件下实施以产生相对于对照植物而具有增加的产量的植物。如在Wang等(Planta(2003)218：1-14)中报道，非生物胁迫导致不利地影响植物生长及生产力的一系列形态学变化、生理学变化、生物化学变化和分子变化。已知干旱、盐度、极端温度和氧化胁迫是相互联系的并可以通过相似机制而诱导生长损害及细胞损害。Rabbani等(Plant Physiol(2003)133：1755-1767)描述了干旱胁迫与高盐度胁迫间极高程度的“交叉(cross talk)”。例如，干旱和/或盐化作用主要表现为渗透胁迫，导致细胞内稳态和离子分布的破坏。经常伴随高温或低温、盐度或干旱胁迫的氧化胁迫可以造成功能性蛋白和结构蛋白变性。因此，这些多样的环境胁迫常常激活相似的细胞信号途径和细胞应答，如产生胁迫蛋白质、上调抗氧化物质、积累相容性溶质和生长抑制。如本文中所用的术语“非胁迫”条件是允许植物最佳生长的环境条件。本领域技术人员清楚对于给定地点的正常土壤条件和气候条件。最佳生长下生长的植物(在非胁迫条件下生长)一般出产以递增优选顺序至少97％、95％、92％、90％、87％、85％、83％、80％、77％或75％的给定环境下这样植物的平均生产量。平均生产可以收获和/或季节为基础进行计算。本领域技术人员清楚作物的平均产量生产。
营养缺乏可以由营养物(例如氮、磷和其它含磷化合物、钾、钙、镁、锰、铁或者硼以及其它)缺少引起。
术语盐胁迫不限于常见盐(NaCl)，可以为以下一种或多种：NaCl、KCl、LiCl、MgCl2、CaCl2等。
增加/改进/增强
术语“增加”、“改进”或“增强”是可互换的并且应当在本申请含义上指与如本文中定义的对照植物相比至少3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％、优选至少15％或20％、更优选地25％、30％、35％或40％更多的产量和/或生长。
种子产量
增加的种子产量本身可以表现为下列一种或多种指标：a)种子生物量(种子总重量)增加，这可以基于单粒种子和/或每株植物和/或每平方米；b)每株植物增加的花数；c)增加的(饱满)种子数；d)增加的种子饱满率(其表述为饱满种子数除以种子总数之间的比率)；e)增加的收获指数，其表述为可收获部分(如种子)产量除以总生物量的比率；和f)增加的千粒重(TKW)，其从计数的饱满种子数及其总重量外推而来。增加的TKW可以因增加的种子大小和/或种子重量所致，并且也可以因胚和/或胚乳尺寸的增加所致。
种子产量的增加也可以表现为种子大小和/或种子体积的增加。此外，种子产量的增加本身也可以自我表现为种子面积和/或种子长度和/或种子宽度和/或种子周长的增加。增加的产量也可以产生改进的结构，或可以因改进的结构而出现。
绿度指数
如本文所用的“绿度指数”根据植物的数字图像计算。对于图像中属于植物目标的每一个像素，计算绿色值相对于红色值(在用于编码颜色的RGB模型中)之比。绿度指数表达为绿红比超过给定阈值的像素百分比。在正常生长条件下、在盐胁迫生长条件下、及在养分利用度下降的生长条件下，测量开花前末次成像时的植物绿度指数。相反，在干旱胁迫生长条件下，测量干旱后首次成像时的植物绿度指数。
标记辅助的育种
这种育种程序有时需要通过使用例如EMS诱变法对植物作诱变处理而引入等位基因变异；备选地，该程序可以从非故意引起的所谓“自然”起源的等位变体集合开始。随后进行等位变体的鉴定，例如通过PCR法。此后是用于选择所讨论序列的优选等位变体且其导致增加的产量的步骤。一般通过监测含有所讨论序列的不同等位变体的植物的生长性能而实施选择。可以在温室中或田间监测生长性能。其它任选步骤包括将鉴定到有优选等位变体的植物与另一种植物杂交。这可以用来例如产生目标表型特征的组合。
探针在(遗传作图)中的用途
用于遗传和物理作图该基因的编码目的蛋白质的核酸的用途仅需要具有至少15个核苷酸长度的核酸序列。这些核酸可以用作限制性片段长度多态性(RFLP)标记。限制性消化的植物基因组DNA的Southern印迹(Sambrook J，Fritsch EF和Maniatis T(1989)Molecular Cloning，ALaboratory Manual)可以用编码目的蛋白质的核酸序列来探测。产生的条带图谱随后可以使用计算机程序如MapMaker(Lander等(1987)Genomics1：174-181)进行遗传分析以构建遗传图。此外，该核酸序列可以用来探测含有经限制性内切核酸酶处理的一组个体的基因组DNA的Southern印迹，其中所述的一组个体代表具有确定的遗传杂交的亲代和后代。DNA多态性的分离被标出并用来计算编码目的蛋白质的核酸在使用这个群体先前所获得的遗传图中的位置(Botstein等(1980)Am.J.Hum.Genet.32：314-331)。
在Bernatzky和Tanksley(1986)Plant Mol.Biol.Reporter 4：37-41中描述了植物基因衍生的探针的产生和其在遗传作图中的用途。众多出版物描述了使用以上所提及的方法学或其改进方法对特定eDNA克隆的遗传作图。例如，F2互交群、回交群、随机交配群、近等基因系和其它个体群体可以用于作图。此类方法学是本领域技术人员众所周知的。
所述核酸序列探针也可以用于物理作图(即序列在物理图上的排列；见Hoheisel等在：Non-mammalian Genomic Analyasis：A Practical Guide，Academic press 1996，第319-346页及其中引用的参考文献)。
在另一实施方案中，核酸探针可以在直接荧光原位杂交(FISH)作图(Trask(1991)Trends Genet.7：149-154)中使用。尽管当前的FISH作图法支持使用大型克隆(几个kb至几百个kb；见Laan等(1995)Genome Res.5：13-20)，然而灵敏度的改进可以允许使用更短探针进行FISH作图。
用于遗传作图及物理作图的多种基于核酸序列扩增的方法可以使用所述核酸序列而实施。例子包括等位基因特异的扩增(Kazazian(1989)J.Lab.Clin.Med 11：95-96)、PCR扩增片段的多态性(CAPS；Sheffield等(1993)Genomics 16：325-332)、等位基因特异性连接(Landegren等(1988)Science241：1077-1080)、核苷酸延伸反应(Sokolov(1990)Nucleic Acid Res.18：3671)、放射杂交作图(Walter等(1997)Nat.Genet.7：22-28)和Happy作图(Dear和Cook(1989)Nucleic Acid Res.17：6795-6807)。对于这些方法，使用核酸的序列来设计并产生在扩增反应或在引物延伸反应中使用的引物对。此类引物的设计是本领域技术人员众所周知的。在使用基于PCR遗传作图的方法中，可能必须鉴定在对应于当前核酸序列的整个区域内作图亲代间的DNA序列差异。然而，这对于作图法而言通常不是必需的。
植物
如本文中所用的术语“植物”包括整株植物、植物的祖先及后代和植物部分，包括种子、苗、茎、叶、根(包括块茎)、花和组织及器官，其中每种所提及对象包含目的基因/核酸。术语“植物”也包括植物细胞、悬浮培养物、愈伤组织、胚、分生组织区、配子体、孢子体、花粉和小孢子，同样每种提及的对象包含目的基因/核酸。
特别用于本发明方法中的植物包括属于植物界(Viridiplantae)超家族的全部植物，尤其单子叶植物和双子叶植物，包括选自以下的饲用或饲料豆类、观赏植物、粮食作物、树或灌木：槭树属物种(Acer spp.)、猕猴桃属物种(Actinidia spp.)、秋葵属物种(Abelmoschus spp.)、剑麻(Agavesisalana)、冰草属物种(Agropyron spp.)、匍匐剪股颖(Agrostisstolonifera)、葱属物种(Allium spp.)、苋属物种(Amaranthus spp.)、欧洲海滨草(Ammophila arenaria)、凤梨(Ananas comosus)、番荔枝属物种(Annona spp.)、芹菜(Apium graveolens)、落花生属物种(Arachis spp.)、木波罗属物种(Artocarpus spp.)、石刁柏(Asparagus officinalis)、燕麦属物种(Avena spp.)(例如燕麦(Avena sativa)、野燕麦(Avena fatua)、比赞燕麦(Avena byzantina)、Avena fatua var.sativa、杂种燕麦(Avena hybrida))、阳桃(Averrhoa carambola)、箣竹属物种(Bambusa sp.)、冬瓜(Benincasahispida)、巴西栗(Bertholletia excelsea)、甜菜(Beta vulgaris)、芸苔属物种(Brassica spp.)(例如欧洲油菜(Brassica napus)、芜青物种(Brassica rapassp.)[芸苔(canola)、油菜(oilseed rape)、蔓青(turnip rape)])、Cadabafarinosa、茶(Camellia sinensis)、美人蕉(Canna indica)、大麻(Cannabissativa)、辣椒属物种(Capsicum spp.)、天麻苔草(Carex elata)、番木瓜(Caricapapaya)、大果假虎刺(Carissa macrocarpa)、山核桃属物种(Carya spp.)、红花(Carthamus tinctorius)、栗属物种(Castanea spp.)、美洲木棉(Ceibapentandra)、苦苣(Cichorium endivia)、樟属物种(Cinnamomum spp.)、西瓜(Citrullus lanatus)、柑桔属物种(Citrus spp.)、椰子属物种(Cocos spp.)、咖啡属物种(Coffea spp.)、芋头(Colocasia esculenta)、非洲梧桐属物种(Colaspp.)、黄麻属物种(Corchorus sp.)、芫荽(Coriandrum sativum)、榛属物种(Corylus spp.)、山楂属物种(Crataegus spp.)、番红花(Crocus sativus)、南瓜属物种(Cucurbita spp.)、香瓜属物种(Cucumis spp.)、菜蓟属物种(Cynaraspp.)、胡萝卜(Daucus carota)、山马蝗属物种(Desmodium spp.)、龙眼(Dimocarpus longan)、薯蓣属物种(Dioscorea spp.)、柿树属物种(Diospyrosspp.)、稗属物种(Echinochloa spp.)、油棕属(Elaeis)(例如油棕(Elaeisguineensis)、美洲油棕(Elaeis oleifera))、穇子(Eleusine coracana)、Eragrostistef、蔗茅属物种(Erianthus sp.)、枇杷(Eriobotrya japonica)、桉属物种(Eucalyptus sp.)、红仔果(Eugenia uniflora)、荞麦属物种(Fagopyrum spp.)、水青冈属物种(Fagus spp.)、苇状羊茅(Festuca arundinacea)、无花果(Ficuscarica)、金桔属物种(Fortunella spp.)、草莓属物种(Fragaria spp.)、银杏(Ginkgo biloba)、大豆属物种(Glycine spp.)(例如大豆(Glycine max)、大豆(Soja hispida)或大豆(Soja max))、陆地棉(Gossypium hirstum)、向日葵属物种(Helianthus spp.)(例如向日葵(Helianthus annuus))、长管萱草(Hemerocallis fulva)、木槿属物种(Hibiscus spp.)、大麦属物种(Hordeumspp.)(例如大麦(Hordeum vulgare))、甘薯(Ipomoea batatas)、核桃属物种(Juglans spp.)、莴苣(Lactuca sativa)、山黧豆属物种(Lathyrus spp.)、兵豆(Lens culinaris)、亚麻(Linum usitatissimum)、荔枝(Litchi chinensis)、百脉根属物种(Lotus spp.)、棱角丝瓜(Luffa acutangula)、羽扇豆属物种(Lupinus spp.)、Luzula sylvatica、番茄属物种(Lycopersicon spp.)(例如番茄(Lycopersicon esculentum)、Lycopersicon lycopersicum、Lycopersiconpyriforme)、硬皮豆属物种(Macrotyloma spp.)、苹果属物种(Malus spp.)、凹缘金虎尾(Malpighia emarginata)、牛油果(Mammea americana)、芒果(Mangifera indica)、木薯属物种(Manihot spp.)、人心果(Manilkarazapota)、紫苜蓿(Medicago sativa)、草木樨属物种(Melilotus spp.)、薄荷属物种(Mentha spp.)、芒(Miscanthus sinensis)、苦瓜属物种(Momordicaspp.)、黑桑(Morus nigra)、芭蕉属物种(Musa spp.)、烟草属物种(Nicotianaspp.)、木犀榄属物种(Olea spp.)、仙人掌属物种(Opuntia spp.)、鸟足豆属物种(Ornithopus spp.)、稻属物种(Oryza spp.)(例如稻、阔叶稻(Oryzalatifolia))、稷(Panicum miliaceum)、柳枝稷(Panicum virgatum)、鸡蛋果(Passiflora edulis)、欧防风(Pastinaca sativa)、狼尾草属物种(Pennisetumsp.)、鳄梨属物种(Persea spp.)、芹菜(Petroselinum crispum)、虉草(Phalarisarundinacea)、菜豆属物种(Phaseolus spp.)、猫尾草(Phleum pratense)、刺葵属物种(Phoenix spp.)、南方芦苇(Phragmites australis)、酸浆属物种(Physalis spp.)、松属物种(Pinus spp.)、阿月浑子(Pistacia vera)、豌豆属物种(Pisum spp.)、早熟禾属物种(Poa spp.)、杨属物种(Populus spp.)、牧豆草属物种(Prosopis spp.)、李属物种(Prunus spp.)、番石榴属物种(Psidiumspp.)、石榴(Punica granatum)、西洋梨(Pyrus communis)、栎属物种(Quercus spp.)、萝卜(Raphanus sativus)、波叶大黄(Rheumrhabarbarum)、茶藨子属物种(Ribes spp.)、蓖麻(Ricinus communis)、悬钩子属物种(Rubus spp.)、甘蔗属物种(Saccharum spp.)、柳属物种(Salixsp.)、接骨木属物种(Sambucus spp.)、黑麦(Secale cereale)、胡麻属物种(Sesamum spp.)、白芥属物种(Sinapis sp.)、茄属物种(Solanum spp.)(例如马铃薯(Solanum tuberosum)、红茄(Solanum integrifolium)或番茄(Solanum lycopersicum))、高粱(Sorghum bicolor)、菠菜属物种(Spinaciaspp.)、蒲桃属物种(Syzygium spp.)、万寿菊属物种(Tagetes spp.)、酸豆(Tamarindus indica)、可可树(Theobroma cacao)、车轴草属物种(Trifoliumspp.)、Tripsacum dactyloides、Triticosecale rimpaui、小麦属物种(Triticumspp.)(例如普通小麦(Triticum aestivum)、硬粒小麦(Triticum durum)、圆柱小麦(Triticum turgidum)、Triticum hybernum、马卡小麦(Triticummacha)、普通小麦(Triticum sativum)、Triticum monococcum或普通小麦(Triticum vulgare))、小金莲花(Tropaeolum minus)、金莲花(Tropaeolummajus)、越桔属物种(Vaccinium spp.)、野碗豆属物种(Vicia spp.)、豇豆属物种(Vigna spp.)、香堇(Viola odorata)、葡萄属物种(Vitis spp.)、玉蜀黍(Zeamays)、Zizania palustris、枣属物种(Ziziphus spp.)等等。
对照植物
选择合适的对照植物是实验设置的常规部分并且可以包括对应的野生型植物或无目的基因的对应植物。对照植物一般是与待评价植物属于相同的植物物种或甚至是相同的品种。对照植物也可以是待评价植物的失效合子。失效合子是通过分离丢失转基因的个体。如本文中所用的“对照植物”不仅指整株植物，还指植物部分，包括种子及种子部分。
发明详述
意想不到的是，现在发现调节编码IAA2样多肽之核酸在植物中的表达产生相对于对照植物而言具有增强的产量相关性状的植物。根据第一个实施方案，本发明提供了在植物中相对于对照植物而言增强产量相关性状的方法，包括调节植物中编码IAA2样多肽之核酸的表达，和其中所述产量相关性状并不包括增加的根生长。
还意想不到的是，现在发现调节编码NAC10样多肽之核酸在植物中的表达产生了相对于对照植物具有增强的产量相关性状的植物。根据第一个实施方案，本发明提供了相对于对照植物增强植物中产量相关性状的方法，其包括调节编码NAC10样多肽之核酸序列在植物中的表达，和任选的选择具有增强的产量相关性状的植物。
用于调节(优选的，增加)编码IAA2样多肽或NAC10样多肽之核酸的表达的优选的方法是通过在植物中引入和表达编码IAA2样多肽或NAC10样多肽之核酸。
关于IAA2样多肽，下文中以“用于本发明方法的蛋白质(或多肽)”而对其的任何提及均指本文所定义的IAA2样多肽。下文中以“可用于本发明方法的核酸”而对其的任何提及均指能够编码此IAA2样多肽的核酸。待引入植物(因此可用于实施本发明方法)的核酸是编码现将描述的蛋白质类型的任何核酸，下文也称为“IAA2样核酸”或“IAA2样基因”。
关于NAC10样多肽，下文中以“用于本发明方法的蛋白质”而对其的任何提及均指本文所定义的NAC10样多肽。下文中以“可用于本发明方法的核酸”而对其的任何提及均指能够编码此NAC10样多肽的核酸。待引入植物(因此可用于实施本发明方法)的核酸是编码现将描述的蛋白质类型的任何核酸，下文也称为“NAC10样核酸”或“NAC10样基因”。
如本文所定义的“IAA2样多肽”指包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309、InterPro entry IPR003311)和蛋白质基序：基序1，SEQ IDNO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L的任何多肽。
本发明优选的“IAA2样多肽”另外包含以下基序的一种或者多种：
基序2，SEQ ID NO：23：(Q/G)LLDG(S/T)G(E/V)YTL
基序3，SEQ ID NO：24：LLDGSGEYTLVY
基序4，SEQ ID NO：25：KKLELRLGPPG
其中括号内的氨基酸代表在该位置上的可选的氨基酸。
AUX/IAA结构域跨度SEQ ID NO：2的氨基酸49至335。SEQ ID NO：21表示IAA2样多肽中包含最高度保守氨基酸的共有序列。
此外，在另一优选的实施方案中，本发明的IAA2样多肽以递增的优先顺序与表A1的任一多肽的AUX/IAA结构域之氨基酸序列，优选地SEQID NO：2的AUX/IAA结构域之氨基酸，甚至更优选地与如由SEQ ID NO：21表示的IAA2样多肽中共有的AUX/IAA结构域之序列具有至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的整体序列同一性。
备选地，IAA2样蛋白质的同源物以递增的优先顺序与由表A1的任一多肽序列，优选地由SEQ ID NO：2表示的氨基酸具有至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的整体序列同一性，只要同源蛋白质包括如上所述的AUX/IAA结构域和一个或多个保守基序。整体序列同一性使用全局比对算法，如GAP程序(GCG Wisconsin Package，Accelrys)中的Needleman Wunsch算法，优选用默认参数并优选的使用成熟蛋白质的序列(即，不考虑分泌信号或转运肽)来进行确定。与整体序列同一性相比，当仅考虑保守结构域或基序时，序列同一性通常较高。
如本文所定义的“NAC 10样多肽”指包含NAM结构域(Pfam登录号PF02365，也称为NAC结构域，Prosite accession PS51005)的任何多肽。
另外地或备选地，如本文所定义的“NAC 10样多肽”是包含下述任何一个或多个基序的多肽。
基序I：
A/P/S/N/V/T T/V/L/I/A/S T/P/S/D/V/Q D/V/I/F I A/T/G/P(SEQ ID NO：379)，或者与基序I的序列比较以递增的优选顺序具有3、2或1个保守氨基酸替换的基序。
基序I优选地是P/T V/A/S/L S/P I/F I A/P，最优选的基序I是PVPIIA。
基序II：
R/N/K E/G/S I/R/S/Q/A/V/L R/Q A/P N/S/R(SEQ ID NO：380)，或者与基序Ⅱ的序列比较以递增的优选顺序具有3、2或1个保守氨基酸替换的基序。
基序II优选地是N/K G A/V/I/L RPN，最优选地基序II是NGARPN。
基序Ⅲ：
C/Y R/K L/IN S/Y/H/F/R N/K/Q K D/K/N/C/S/T/G/M/A/R(SEQ ID NO：381)，或者与基序Ⅲ的序列比较以递增的优选顺序具有3、2或1个保守氨基酸替换的基序。
基序III优选地是C R V/I H/Y/R N/K/Q K G/M/A/S/R/K，最优选地基序III是CRIHKKS。
最优选地，NAC10样多肽以递增的优选顺序包含至少2个或全部3个基序。
备选地或另外地，NAC10样蛋白质的同源物以递增的优先顺序与由SEQ ID NO：28表示的氨基酸具有至少25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的整体序列同一性，只要同源蛋白质包括如上所述的保守基序。整体序列同一性使用全局比对算法，如GAP程序(GCGWisconsin Package，Accelrys)中的Needleman Wunsch算法，优选用默认参数并优选的使用成熟蛋白质的序列(即，不考虑分泌信号或转运肽)来进行确定。与整体序列同一性相比，当仅考虑保守结构域或基序时，序列同一性通常较高。优选地，NAC10样多肽中的基序以递增的优先顺序与由SEQ ID NO：379至SEQ ID NO：381(基序I至Ⅲ)表示的基序具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的序列同一性。
优选地，当多肽序列用于构建系统树时，例如图5中描述的，与包含由SEQ ID NO：28表示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群(亚群I)成簇，而不与任何其他群成簇。
术语“结构域”、“特征序列”和“基序”在本文“定义”章节中定义。存在用于鉴定结构域的专门数据库，例如SMART(Schultz等(1998)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95，5857-5864；Letunic等(2002)Nucleic Acids Res30，242-244)，InterPro(Mulder等，(2003)Nucl.Acids.Res.31，315-318)，Prosite(Bucher和Bairoch(1994)，A generalized profile syntax forbiomolecular sequences motifs and its function in automatic sequenceinterpretation.(In)ISMB-94；Proceedings 2nd International Conferenceon Intelligent Systems for Molecular Biology.Altman R.，Brutlag D.，KarpP.，Lathrop R.，Searls D.编著，第53-61页，AAAI Press，Menlo Park；Hulo等，Nucl.Acids.Res.32：D134-D137，(2004)或者Pfam(Bateman等，NucleicAcids Research 30(1)：276-280(2002))。用于计算机分析蛋白质序列的一组工具可获得自ExPASy蛋白组服务器(Swiss Institute of Bioinformatics(Gasteiger等，ExPASy：the proteomics server for in-depth proteinknowledge and analysis，Nucleic Acids Res.31：3784-3788(2003))。还可以使用常规技术(如序列比对)来鉴定结构域或基序。
关于NAC10样多肽，本文表A2中的多肽的比对示于图5和图12中。这样的比对用于鉴定如本文定义的NAC10样多肽间最保守的结构域或者基序。一个这样的结构域是NAM结构域(Pfam accession PF02365)，在图4中以黑体标出，而基序I至Ⅲ以下划线标出。
比对序列以进行比较的方法为本领域所熟知，这些方法包括GAP、BESTFIT、BLAST、FASTA和TFASTA。GAP利用Needleman和Wunsch((1970)J Mol Biol 48：443-453)的算法来寻找两序列间使匹配数最高并使空位数最少的全局比对(即在完整序列上)。BLAST算法(Altschul等(1990)J Mol Biol 215：403-10)在两序列间计算百分比序列同一性并进行相似性的统计学分析。用于进行BLAST分析的软件在国家生物技术信息中心(National Centre for Biotechnology Information(NCBI))向公众提供。可以使用例如默认配对比对参数的ClustalW多重序列比对算法(1.83版)和百分比评分法来容易地鉴定同源物。也可以使用MatGAT软件包(Campanella等，BMC Bioinformatics.2003Jul 10；4：29.MatGAT：an application thatgenerates similarity/identity matrices using protein or DNA sequence)中提供的一种方法确定全局的相似性和同一性百分比。本领域技术人员会意识到，可以进行少量手动编辑以优化保守性基序之间的比对。此外，还可以使用特定的结构域代替全长序列来鉴定同源物。序列同一性值可以是使用默认参数的上述程序在完整的核酸或氨基酸序列上或在所选择的结构域或保守的基序上测定的。对于局部比对，Smith-Waterman算法是特别有用的(Smith TF，Waterman MS(1981)J.Mol.Biol 147(1)；195-7)。
关于NAC10样多肽，实施例3在表B1中描述了多种NAC10样多肽之间的同一性百分比，特别是SEQ ID NO：28与其他NAC10样多肽之间的同一性百分比，其可以低至30％。
蛋白质亚细胞定位预测的工作是重要的并且已经进行了充分的研究。知晓蛋白质的定位有助于阐明其功能。用于蛋白质定位的实验方法涉及从免疫定位到使用绿色荧光蛋白(GFP)或者β-葡糖醛酸糖苷酶(GUS)的蛋白质标记的范围。与计算方法相比，尽管这些方法劳动量大，但是却是精确的。近来从数据库计算预测蛋白质定位取得了极大的进展。本领域技术人员熟知的算法可获得自由瑞士生物信息学协会(Swiss Institute forBioinformatics)管理的ExPASy蛋白质组学工具，例如PSort、TargetP、ChloroP、LocTree、Predotar、LipoP、MITOPROT、PATS、PTS1、SignalP、TMHMM以及其他。
关于NAC10样多肽，使用PSort算法，SEQ ID NO：28的预测亚细胞定位是胞质或核组分(见实施例5)。假定其功能为转录激活物，亚细胞定位最可能是核。
此外，IAA2样多肽(至少以其天然形态)通常具有蛋白质结合活性。用于测量蛋白质结合活性的工具和技术是本领域普遍已知的，并包括例如蛋白质复合物的免疫沉淀或酵母双杂交。用于测量IAA和ARF的结合的工具和技术是本领域普遍已知的，并包括例如酵母双杂交分析(见例如Fukaki等人(Plant J.44，382-395，2005)。
另外，如实施例部分所述，当根据本发明方法在稻中表达时，IAA2样多肽产生具有增强的产量相关性状，特别是增加的种子产量的植物。
另外，如实施例部分所述，当根据本发明方法在稻中表达时，IAA2样多肽产生具有增强的产量相关性状，如增加的种子饱满率和增加的收获指数的植物。
此外，IAA2样多肽可以显示出优选的亚细胞定位，通常为核、胞质、叶绿体或者线粒体的一个或多个。蛋白质亚细胞定位预测的工作是重要的并且已经进行了充分的研究。知晓蛋白质的定位有助于阐明其功能。用于蛋白质定位的实验方法涉及从免疫定位到使用绿色荧光蛋白(GFP)或者β-葡糖醛酸糖苷酶(GUS)的蛋白质标记的范围。与计算方法相比，尽管这些方法劳动量大，但是却是精确的。近来从数据库计算预测蛋白质定位取得了极大的进展。本领域技术人员熟知的算法可获得自由瑞士生物信息学协会(Swiss Institute for Bioinformatics)管理的ExPASy蛋白质组学工具，例如PSort、TargetP、ChloroP、LocTree、Predotar、LipoP、MITOPROT、PATS、PTS1、SignalP、TMHMM以及其他。
此外，NAC10样多肽(至少以其天然形态)通常具有DNA结合活性。用于测量DNA结合活性的工具和技术是本领域普遍已知的，包括PCR辅助的DNA结合位点选择和DNA结合的凝胶移位测定；对于一般参考，见Current Protocols in Molecular Biology，第1和2卷，Ausubel等人(1994)，Current Protocols。
另外，如实施例部分所述，当根据本发明方法在稻中表达时，NAC10样多肽产生具有增强的产量相关性状的植物，特别是在植物生长的营养期增加的对盐、干旱或寒冷胁迫的抗性。
关于IAA2样多肽，本发明通过用SEQ ID NO：1表示的核酸序列转化植物进行了示例，上述核酸序列编码SEQ ID NO：2的多肽序列。然而，本发明的实施不限于这些序列；本发明的方法可有利的通过使用本文定义的任何IAA2样编码核酸或IAA2样多肽来实施。
编码IAA2样多肽的核酸的实例在本文实施例章节表A1中给出。这样的核酸可用于实施本发明的方法。实施例章节表A1中给出的氨基酸序列为SEQ ID NO：2所示IAA2样多肽的直向同源物和旁系同源物的示例序列，其中术语“直向同源物”和“旁系同源物”如本文所定义。可以通过进行所谓的交互blast检索容易地找到更多直向同源物和旁系同源物。通常，这包括以查询序列(例如，利用实施例章节表A中所列的任一序列)针对任何序列数据库如可公共获得的NCBI数据库进行BLAST的首次BLAST。当从核苷酸序列开始时，通常使用BLASTN或TBLASTX(利用标准默认值)，而当从蛋白质序列开始时，则使用BLASTP或TBLASTN(利用标准默认值)。BLAST结果可以任选地过滤。接着使用过滤的结果或者未过滤的结果的全长序列针对查询序列来源生物的序列进行反向BLAST(二次BLAST)(在查询序列为SEQ ID NO：1或SEQ ID NO：2的情况下，二次BLAST将因此会针对稻序列)。然后比较首次和二次BLAST的结果。如果首次BLAST中的高排名命中来自查询序列来源的相同物种，然后反向BLAST理想地导致查询序列处于最高命中之列，则找到了旁系同源物；如果首次BLAST中高排名命中不来自查询序列来源的相同物种，且优选地在反向BLAST时导致查询序列在最高命中之列，则找到了直向同源物。
关于NAC10样多肽，本发明通过用SEQ ID NO：27表示的核酸序列转化植物进行了示例，上述核酸序列编码SEQ ID NO：28的多肽序列。然而，本发明的实施不限于这些序列；本发明的方法可有利的通过使用本文定义的任何NAC10样编码核酸或NAC10样多肽来实施。
编码NAC10样多肽的核酸的实例在本文实施例章节表A2中给出。这样的核酸可用于实施本发明的方法。实施例章节表A2中给出的氨基酸序列为SEQ ID NO：28所示NAC10样多肽的直向同源物和旁系同源物的示例序列，其中术语“直向同源物”和“旁系同源物”如本文所定义。可以通过进行所谓的交互blast检索容易地找到更多直向同源物和旁系同源物。通常，这包括以查询序列(例如，利用实施例章节表A2中所列的任一序列)针对任何序列数据库如可公共获得的NCBI数据库进行BLAST的首次BLAST。当从核苷酸序列开始时，通常使用BLASTN或TBLASTX(利用标准默认值)，而当从蛋白质序列开始时，则使用BLASTP或TBLASTN(利用标准默认值)。BLAST结果可以任选地过滤。接着使用过滤的结果或者未过滤的结果的全长序列针对查询序列来源生物的序列进行反向BLAST(二次BLAST)(在查询序列为SEQ ID NO：27或SEQ ID NO：28的情况下，二次BLAST将因此会针对稻序列)。然后比较首次和二次BLAST的结果。如果首次BLAST中的高排名命中来自查询序列来源的相同物种，然后反向BLAST理想地导致查询序列处于最高命中之列，则找到了旁系同源物；如果首次BLAST中高排名命中不来自查询序列来源的相同物种，且优选地在反向BLAST时导致查询序列在最高命中之列，则找到了直向同源物。
高排名的命中是那些E值低的命中。E值越低，分值越具有显著性(或者换句话说，偶然发现此命中的几率越低)。E值的计算是本领域众所周知的。除了E值之外，还对比较进行同一性百分比评分。同一性百分比是指两比较核酸(或多肽)序列之间在特定长度上的相同核苷酸(或氨基酸)数。在大家族的情况下可以使用ClustalW，继之以邻接树来辅助相关基因的聚类可视化，和鉴定直向同源物和旁系同源物。
核酸变体也可用于实施本发明的方法。这类核酸变体的例子包括编码实施例章节表A1或A2中给出的任一氨基酸序列的同源物和衍生物的核酸序列，其中术语“同源物”和“衍生物”如本文所定义。同样可用于本发明方法的有编码实施例章节表A1或A2中给出的任一氨基酸序列的直向同源物或旁系同源物的同源物和衍生物的核酸。用于本发明方法的同源物和衍生物与其源自的未修饰蛋白质具有基本上相同的生物活性和功能活性。在实施本发明方法中有用的其他变体是这样的变体，其中已经优化了密码子使用或者其中移除了miRNA靶向位点。
可用于实施本发明方法的其它核酸变体包括编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸的部分，与编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸杂交的核酸，编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸的剪接变体，编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸的等位变体，以及通过基因改组获得的IAA样多肽或NAC10样多肽编码核酸的变体。术语杂交序列、剪接变体、等位变体和基因改组如本文所述。
编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸无需是全长核酸，因为本发明方法的实施不依赖于全长核酸序列的使用。根据本发明，提供了增强植物中产量相关性状的方法，包括在植物中引入和表达实施例章节表A1或A2中给出的任一核酸序列的部分、或者编码实施例章节表A1或A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物、旁系同源物或同源物的核酸的部分。
例如，可以通过对核酸序列进行一个或多个缺失来制备所述核酸序列的部分。部分可以以分离的形式使用，或者可将其与其它编码(或非编码)序列融合，以便例如，产生组合了若干活性的蛋白质。当与其它编码序列融合时，经翻译后所产生的多肽可能比针对该蛋白质部分所预测到的要大。
关于IAA2样多肽，可用于本发明方法的部分编码如本文所定义的IAA2样多肽，并与实施例章节表A1中给出的氨基酸序列具有基本上相同的生物活性。优选部分是实施例章节表A1中给出的任一核酸的部分，或是编码实施例章节表A1中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸的部分。优选该部分长度为至少100、200、300、400、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700个连续核苷酸，所述连续核苷酸是实施例章节表A1中给出的任一核酸序列或者编码实施例章节表A1中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸。最优选该部分是核酸SEQ ID NO：1的一部分。优选该部分编码包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entryIPR003311)和蛋白质基序：基序I SEQ ID NO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L的氨基酸序列的片段。
关于NAC10样多肽，可用于本发明方法的部分编码如本文所定义的NAC10样多肽，并与实施例章节表A2中给出的氨基酸序列具有基本上相同的生物活性。优选部分是实施例章节表A2中给出的任一核酸的部分，或是编码实施例章节表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸的部分。优选该部分长度为至少500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、1900个连续核苷酸，所述连续核苷酸是实施例章节表A2中给出的任一核酸序列或者编码实施例章节表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸。最优选该部分是核酸SEQ ID NO：27的一部分，包含NAM结构域和基序I至Ⅲ的一个或多个。优选该部分编码这样的氨基酸序列的片段，所述氨基酸序列当用于构建系统树(例如图5所示的系统发生树)时，与包含SEQ ID NO：28所示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群(亚群I)聚簇，而非与其他群聚簇，并且其与SEQ ID NO：28功能等价。
可用于本发明方法中的另一种核酸变体是能够在降低的严格性条件下、优选在严格条件下与编码如本文中所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列杂交，或与如本文中所定义的部分进行杂交的核酸序列。
根据本发明，提供用于增强植物中产量相关性状的方法，包括在植物中引入并表达能够与实施例章节表A1和/或A2中给出的任何一种核酸杂交的核酸，或包括在植物中引入并表达这样的核酸序列，其能够与编码在实施例章节表A1和/或A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物、旁系同源物或同源物的核酸序列杂交。
关于IAA2样多肽，可用于本发明方法的杂交序列编码如本文所定义的IAA2样多肽，与实施例章节表A1中给出的氨基酸序列具有基本上相同的生物活性。优选杂交序列能够与实施例章节表A1中给出的任一核酸序列的互补序列杂交、或与任一这些序列的部分杂交，其中部分如上文所定义，或者杂交序列能够与编码实施例章节表A1中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸的互补序列杂交。最优选杂交序列能够与SEQ ID NO：1所示核酸的互补序列或其部分杂交。
优选地，杂交序列编码或其互补序列编码具有这样的氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)和蛋白质基序：基序I，SEQ ID NO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L。
关于NAC10样多肽，可用于本发明方法的杂交序列编码如本文所定义的NAC10样多肽，与实施例章节表A2中给出的氨基酸序列具有基本上相同的生物活性。优选杂交序列能够与实施例章节表A2中给出的任一核酸序列的互补序列杂交、或与任一这些序列的部分杂交，其中部分如上文所定义，或者杂交序列能够与编码实施例章节表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物或旁系同源物的核酸的互补序列杂交。最优选杂交序列能够与SEQ ID NO：27所示核酸的互补序列或其部分杂交。
优选的，杂交序列编码具有这样的氨基酸序列的多肽，所述氨基酸序列包含NAM结构域和基序I至Ⅲ的一个或多个(如上所定义)并且，当全长用于构建系统树时，(例如图5所示的系统发生树)时，与包含SEQID NO：28所示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群(亚群I)聚簇，而非与其他群聚簇，并且其与SEQ ID NO：28功能性等同。
可用于本发明方法中的另一种核酸序列变体是编码如上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的剪接变体，剪接变体如本文所定义。
根据本发明，提供用于增强植物中产量相关性状的方法，包括在植物中引入并表达在实施例章节表A1或表A2中给出的任何一种核酸序列的剪接变体，或下述核酸的剪接变体，其中所述的核酸编码在实施例章节表A1或表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物、旁系同源物或同源物。
关于IAA样多肽，优选剪接变体是SEQ ID NO：1所示核酸序列的剪接变体，或编码SEQ ID NO：2之直向同源物或旁系同源物的核酸的剪接变体。优选地，由剪接变体编码的氨基酸序列包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)和蛋白质基序：基序1，SEQID NO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L。
关于NAC10样多肽，优选剪接变体是SEQ ID NO：27所示核酸序列的剪接变体，或编码SEQ ID NO：28之直向同源物或旁系同源物的核酸的剪接变体。优选地，由剪接变体编码的氨基酸序列包含NAM结构域和基序I至III的一个或多个(如上所定义)并且，当全长用于构建系统树(例如图5所示的系统发生树)时，与包含SEQ ID NO：28所示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群(亚群I)聚簇，而非与其他群聚簇，并且其与SEQID NO：28功能性等同。
可用于本发明方法中的另一种核酸变体是编码如上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸的等位变体，等位变体如本文所定义。
根据本发明，提供用于增强植物中产量相关性状的方法，包括在植物中引入并表达在实施例章节表A1或表A2中给出的任何一种核酸的等位变体，或包括在植物中引入并表达下述核酸的等位变体，其中所述的核酸编码在实施例章节表A1或表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物、旁系同源物或同源物。
关于IAA样多肽，可用于本发明方法的等位变体编码的多肽与SEQ IDNO：2的IAA样多肽及实施例章节表A1中所示任一氨基酸具有基本上相同的生物活性。等位变体天然存在，并且这些天然等位基因的使用包含于本发明的方法中。优选地，等位变体为SEQ ID NO：1的等位变体，或编码SEQ ID NO：2之直向同源物或旁系同源物的核酸的等位变体。优选地，由等位变体编码的氨基酸序列包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)和蛋白质基序：基序1，SEQ ID NO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L。
关于NAC10样多肽，可用于本发明方法的等位变体编码的多肽与SEQID NO：28的NAC10样多肽及实施例章节表A2中所示任一氨基酸具有基本上相同的生物活性。等位变体天然存在，并且这些天然等位基因的使用包含于本发明的方法中。优选地，等位变体是SEQ ID NO：27的等位变体，或编码SEQ ID NO：28之直向同源物或旁系同源物的核酸的等位变体。优选地，由等位变体编码的氨基酸序列包含NAM结构域和基序I至III(如上所定义)的一个或多个，并且，当全长用于构建系统树(例如图5所示的系统发生树)时，与包含SEQ ID NO：28(亚群I)所示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群聚簇，而非与其他群聚簇，并且其与SEQ ID NO：28功能性等同。
基因改组或定向进化也可用于产生上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的编码核酸的变体；其中术语“基因改组”如本文所定义。
根据本发明，提供了在植物中增强产量相关性状的方法，包括在植物中引入和表达实施例章节表A1或表A2中给出的任一核酸序列的变体，或者包括在植物中引入和表达编码实施例章节表A1或表A2中给出的任一氨基酸序列之直向同源物、旁系同源物或同源物的核酸序列的变体，其中所述变体核酸序列通过基因改组获得。
关于IAA2样多肽，优选通过基因改组获得的变体核酸编码下述氨基酸序列，所述氨基酸序列包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)和蛋白质基序：基序1，SEQ ID NO：22：(K/N)(I/M/L)F(S/Y)(Q/G)L。
关于NAC10样多肽，优选通过基因改组获得的变体核酸编码下述氨基酸序列，所述氨基酸序列包含NAM结构域和基序I至III(如上所定义)的一个或多个，并且，当全长用于构建系统树(例如图5所示的系统发生树)时，与包含SEQ ID NO：28所示的氨基酸序列的NAC10样多肽的群(亚群I)聚簇，而非与其他群聚簇，并且其与SEQ ID NO：28功能性等同。
此外，还可利用定点诱变获得核酸变体。若干方法可用来实现定点诱变，最常见的是基于PCR的方法(Current Protocols in Molecular Biology.Wiley编辑)。
编码IAA2样多肽的核酸可以来自任何天然或人工来源。可以通过有目的的人工操作对其进行修饰，使之不同于其在组合物和/或基因组环境中的天然形式。优选IAA2样多肽编码核酸来自植物，还优选来自单子叶植物，更优选来自禾本科，最优选核酸来自稻。
编码NAC10样多肽的核酸可以来自任何天然或人工来源。可以通过有目的的人工操作对其进行修饰，使之不同于其在组合物和/或基因组环境中的天然形式。优选NAC10样多肽编码核酸来自植物，还优选来自单子叶植物，更优选来自禾本科，最优选核酸来自稻。
本发明方法的实施产生具有增强的产量相关性状的植物。尤其本发明方法的实施产生相对于对照植物而具有增加的产量、尤其增加的种子产量的植物。在本文中的“定义”部分中更详细地描述了术语“产量”和“种子产量”。
在本文中对增强的产量相关性状的提及意指植物的一个或多个部分的生物量(重量)增加，所述的部分可以包括地上(可收获)部分和/或地下(可收获)部分。尤其，此类可收获部分是种子，并且本发明方法的实施产生相对于对照植物的种子产量而具有增加的种子产量的植物。
以玉米为例，产量增加可以表现为下列一种或多种指标：每平方米中已建立植物数的增加、每株植物穗数的增加、行数、每行粒数、粒重、千粒重、玉米穗长度/直径的增加、种子饱满率的增加(其中种子饱满率是饱满种子数除以种子总数并乘以100)及其它。
以稻为例，产量增加本身可以表现为下列一种或多种指标的增加：每平方米植物数、每株植物穗数、穗长、每穗小穗数、每穗花(小花)数、种子饱满率的增加(其中种子饱满率是饱满种子数除以种子总数并乘以100)、千粒重的增加及其它。在稻中，浸没耐受性也可以导致增加的产量。
本发明提供了增加植物相对于对照植物的产量、特别是种子产量的方法，所述方法包括调节植物中如本文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽编码核酸的表达。
由于本发明的转基因植物具有增加的产量，因而相对于对照植物的生长速率，这些植物有可能在其生活周期中的对应阶段上表现增加的生长速率(在其生活周期的至少部分期间)。
增加的生长速率可以对于植物的一个或多个部分(包括种子)是特异性的，或可以基本上遍及整株植物。具有增加的生长速率的植物可以具备较短的生活周期。植物的生活周期可以视为意指从干燥成熟种子成长至植物已经产生与起始材料相似的干燥成熟种子的阶段所需要的时间。这个生活周期可以受下列因素影响，如发芽的速度、早期萌发势、生长速率、绿度指数、开花时间和种子成熟速度。生长速率的增加可以在植物生活周期之一或多个阶段上或在基本上整个植物生活周期期间发生。在植物生活周期中的早期期间增加的生长速率可以反映增强的萌发势。生长速率的增加可以改变植物的收获周期，允许植物较晚播种和/或较早收获，否则这将不可能(相似的作用可以用较早的开花时间获得)。若生长速率充分地增加，可以允许再播种相同植物物种的种子(例如播种并收获稻植物，随后播种并收获其它稻植物，全部均在一个常规生长时段内)。类似地，若生长速率足够地增加，可以允许再播种不同植物物种的种子(例如播种并收获玉米植物，随后例如播种并任选收获大豆、马铃薯或任何其它合适植物)。从相同的根茎中收获额外次数在一些作物植物的情况中也是可能的。改变植物的收获周期可以导致每平方米的年生物量产量的增加(因任何特定植物可以生长并收获的次数(如在一年中)增加)。生长速率的增加也可以允许比其野生型对应物而言在更广泛的地理区域内培育转基因植物，因为对培育作物的区域限制往往由栽种时节(早季)或在收获时期(晚季)的不利环境条件所决定。若缩短收获周期，则可以避开这类不利条件。生长速率可以通过从生长曲线中得到多种参数而确定，此类参数可以是：T-Mid(植物达到其50％最大尺寸所花费的时间)和T-90(植物达到其90％最大尺寸所花费的时间)，等等。
根据本发明的优选特征，本发明方法的实施产生相对于对照植物而具有增加的生长速率的植物。因而根据本发明，提供增加植物生长速率的方法，所述方法包括调节如本文中所定义的编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸在植物中的表达。
与对照植物相比，无论植物处于非胁迫条件下还是植物暴露于多种胁迫下，都发生产量和/或生长速率的增加。植物一般通过生长得更慢而对暴露于胁迫作出应答。在严重胁迫条件下，植物甚至可以完全停止生长。另一方面，轻微胁迫在本文中定义为植物暴露于其的任何胁迫，其中所述的胁迫未导致植物完全停止生长而没有恢复生长的能力。与非胁迫条件下的对照植物相比，轻微胁迫在本发明意义中导致受胁迫植物生长降低小于40％、35％或30％，优选小于25％、20％或15％，更优选小于14％、13％、12％、11％或10％或更低。由于农业实践(灌溉、施肥、杀虫剂处理)上的进步，在栽培作物植物中并不经常遇到严重胁迫。因此，由轻微胁迫诱导的受损生长往往是农业上不希望的特征。轻微胁迫是植物暴露的常见生物性和/或非生物性(环境)胁迫。非生物胁迫可以因干旱或水涝、厌氧胁迫、盐胁迫、化学毒性、氧化胁迫和热、寒冷或冰冻温度所致。非生物胁迫可以是由水胁迫(尤其因为干旱)、盐胁迫、氧化胁迫或离子胁迫引起的渗透胁迫。生物胁迫一般是由病原体如细菌、病毒、真菌、线虫和昆虫引起的那些胁迫。如本文中所用的术语“非胁迫”条件是允许植物最佳生长的环境条件。本领域技术人员清楚对于给定地点的正常土壤条件和气候条件。如本文中所用的术语非胁迫，包括如本文中所定义，植物暴露于的偶尔或每天的轻微胁迫，但是并不包括严重胁迫。
尤其，本发明的方法可以在干旱、寒冷或盐胁迫条件下实施以产生相对于对照植物而具有增加的产量的植物。如在Wang等(Planta(2003)218：1-14)中报道，非生物胁迫导致不利地影响植物生长及生产力的一系列形态学变化、生理学变化、生物化学变化和分子变化。已知干旱、盐度、极端温度和氧化胁迫是相互联系的并可以通过相似机制而诱导生长损害及细胞损害。Rabbani等(Plant Physiol(2003)133：1755-1767)描述了干旱胁迫与高盐度胁迫间极高程度的“交叉(cross talk)”。例如，干旱和/或盐化作用主要表现为渗透胁迫，导致细胞内稳态和离子分布的破坏。经常伴随高温或低温、盐度或干旱胁迫的氧化胁迫可以造成功能性蛋白和结构蛋白变性。因此，这些多样的环境胁迫常常激活相似的细胞信号途径和细胞应答，如产生胁迫蛋白质、上调抗氧化物质、积累相容性溶质和生长抑制。如本文中所用的术语“非胁迫”条件是允许植物最佳生长的环境条件。本领域技术人员清楚对于给定地点的正常土壤条件和气候条件。最佳生长下生长的植物(在非胁迫条件下生长)一般以递增优选顺序出产给定环境下这样植物的平均生产的至少97％、95％、92％、90％、87％、85％、83％、80％、77％或75％。平均生产可以收获和/或季节为基础进行计算。本领域技术人员清楚作物的平均产量生产。
对于IAA2样多肽，本发明方法的实施产生在非生物胁迫条件下或者在轻微干旱条件下，相对于在相当条件下培育的对照植物而具有增加的产量的植物。因此，本发明提供了增加在非生物胁迫条件下或者在轻微干旱条件下生长的植物的产量的方法，该方法包括调节植物中IAA2样多肽编码核酸的表达。
对于NAC10样多肽，本发明方法的实施相对于在相当条件下培育的对照植物，产生在非生物胁迫条件下具有增加的产量的植物。因此，本发明提供了增加在非生物胁迫条件下或者在轻微干旱条件下生长的植物的产量的方法，该方法包括调节植物中NAC10样多肽编码核酸的表达。
实施本发明方法产生在营养缺乏条件下，特别是氮缺乏条件下相对于在相当条件下培育的对照植物而言具有增加的产量的植物。由于养分利用效率对植物产量和产品质量有显著影响，因此在田间倾倒了大量肥料来优化植物生长和质量。植物的生产力一般受限于三种主要养分：磷、钾和氮，在植物生长的这三者中，氮通常是植物生长的限速元素。因此，植物生长所需的主要营养元素是氮(N)。这是可见于活细胞中的多种重要化合物的组分，所述化合物包括氨基酸、蛋白质(酶)、核酸和叶绿素。植物干物质的1.5％至2％以及总植物蛋白质的约16％是氮。因此，氮的利用度是作物植物生长和生产的主要限制因素(Frink等(1999)Proc Natl Acad Sci USA96(4)：1175-1180)，并也对蛋白质积累和氨基酸组成有重大影响。因此，在氮有限条件下培养时具有增加的产量相关性状的作物植物是很有意义的。因此，根据本发明，提供了增加在营养缺乏条件件下培育的植物的产量的方法，该方法包括在植物中调节编码IAA样多肽或NAC10多肽的核酸的表达。营养缺乏可以由营养物(例如氮、磷和其它含磷化合物、钾、钙、镁、锰、铁或者硼以及其它)缺少引起。
实施本发明方法产生在盐胁迫下相对于在相当条件下培育的对照植物而言具有增加的产量的植物。因此，根据本发明，提供了增加在盐胁迫条件下培育的植物的产量的方法，该方法包括在植物中调节编码IAA样多肽或NAC10多肽的核酸的表达。术语盐胁迫不限于常见盐(NaCl)，而是可以为由以下一种或多种引起的任何胁迫：NaCl、KCl、LiCl、MgCl2、CaCl2等。
在另一实施方案中，本发明提供了相对于在对应的野生型植物中表达水平而言在过表达NAC10样蛋白质的植物中具有改变的表达水平的基因。此外，本发明提供了调节这些基因表达的手段，和这些基因反过来允许调节它们所控制的生物学过程。本发明了提供了通过操纵参与NAC10样通路的下游因子模拟NAC10样蛋白质水平和/或活性的方法。该策略允许微调NAC10样蛋白质的作用。尽管过表达NAC10样蛋白质可以是多效性的和/和可以具有多效作用，但是本发明通过使用如由本发明所定义的NAC10样蛋白质靶基因，提供了以更加得以控制和靶向方式改变植物特征的方法。目前，调节特定的生物学过程是可能的并且可以产生具有改变的特征的植物，所述植物在农业和园艺学中可能具有特定的有用应用，例如改进在正常条件下或者在胁迫条件下生长的植物的产量相关性状。
因此，根据本发明，提供了增强植物中一种或多种产量相关性状的方法，包括修饰植物中一个或多个核酸的表达和/或修饰一个或多个蛋白质的水平和/或活性，其中核酸或蛋白质与表I至K中所列的基因的任意一个基本相似，并且其中所述一种或多种产量相关性状相对于对应的野生型植物是改变的。
本发明包括可由本发明的方法获得的植物或其部分(包括种子)。所述植物或其部分包含编码如上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸转基因。
本发明还提供遗传构建体和载体，以利于在植物中引入和/或表达编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸。可以将遗传构建体插入适于转化进入植物并适于在转化的细胞中表达目的基因的载体中，该载体可以是可商购的载体。本发明还提供了如本文所定义的遗传构建体在本发明方法中的用途。
更具体地，本发明提供这样的构建体，其含有：
(a)编码如上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸；
(b)一个或多个能够驱动(a)中核酸序列表达的控制序列；和任选的
(c)转录终止序列。
优选地，编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸是如上文所定义的。术语“控制序列”和“终止序列”是如本文所定义的。
可以使用含有任何上述核酸的载体转化植物。技术人员充分知晓载体中必须存在的遗传元件，以便成功进行转化、选择并繁殖含目的序列的宿主细胞。将目的序列有效连接于一个或多个控制序列(至少连接于启动子)。
有利地，任何类型的启动子，不论天然的或合成的，均可用于驱动核酸序列的表达，但是优选启动子是植物来源的。组成型启动子在方法中是特别有用的。优选组成型启动子也是中等强度的遍在组成型启动子。多种启动子类型的定义参见本文的“定义”部分。对于NAC10样多肽，也在本发明中有用的是根特异性启动子。
关于IAA2样多肽，应该明白，本发明的适用范围不限于SEQ ID NO：1所示IAA2样多肽的编码核酸，本发明的适用范围也不限于由组成型启动子驱动时编码IAA2样多肽的核酸的表达。
组成型启动子优选是中等强度的启动子，更优选的选自植物来源的启动子，例如GOS2启动子，更优选来自稻的GOS2启动子。还优选组成型启动子是由与SEQ ID NO：26基本相似的核酸序列所表示的，最优选组成型启动子如SEQ ID NO：26所示。组成型启动子的其它实例见本文“定义”部分。
任选地，可在引入植物的构建体中使用一个或多个终止子序列。优选的，构建体包括表达盒，所述表达盒包含GOS2启动子(与SEQ ID NO：26基本相似)和编码IAA2样多肽的核酸。
关于NAC10样多肽，应该明白，本发明的适用范围不限于SEQ ID NO：27所示NAC10样多肽的编码核酸，本发明的适用范围也不限于由组成型启动子驱动时或者由根特异性启动子驱动时编码NAC10样多肽的核酸的表达。
组成型启动子优选是中等强度的启动子，更优选的选自植物来源的启动子，例如GOS2启动子，更优选来自稻的GOS2启动子。还优选组成型启动子是由与SEQ ID NO：382基本相似的核酸序列所表示的，最优选组成型启动子如SEQ ID NO：382所示。组成型启动子的其它实例见本文“定义”部分。
根据本发明的另一优选特征，编码NAC10样多肽的核酸与根特异性启动子有效连接。优选根特异性启动子是RCc3启动子(Plant Mol Biol.1995年1月；27(2)：237-48)，更优选RCc3启动子来自稻，还优选RCc3启动子是由与SEQ ID NO：383基本相似的核酸序列所表示的，最优选组成型启动子如SEQ ID NO：383所示。也可以用于执行本发明方法的其他根特异性启动子的实例见如上“定义”部分表3中所示。
任选地，可在引入植物的构建体中使用一个或多个终止子序列。优选的，构建体包括表达盒，所述表达盒包含GOS2或RCc3启动子(分别与SEQ ID NO：382，SEQ ID NO：383基本相似)和编码NAC10样多肽的核酸的。
其它调节元件可包括转录及翻译增强子。本领域技术人员会了解适于在实施本发明中使用的终止子和增强子序列。如在定义部分所述，也可将内含子序列添加至5′非翻译区(UTR)或编码序列上，以增加在细胞质内积累的成熟信息的量。其它控制序列(除启动子、增强子、沉默子、内含子序列、3’UTR和/或5’UTR区之外)可以是蛋白质和/或RNA稳定元件。本领域技术人员会知道或可以容易地获得此类序列。
本发明的遗传构建体还可以包括在特定细胞类型中维持和/或复制需要的复制原点序列。一个例子是当需要将遗传构建体在细菌细胞中作为附加型遗传元件(例如质粒或粘粒分子)维持时。优选的复制原点包括但不限于f1-ori和colE1。
为检测如在本发明方法中所用核酸序列的成功转移和/或选择包含这些核酸序列的转基因植物，使用标记基因(或报告基因)是有利的。因而，遗传构建体可以任选地包含可选择标记基因。可选择标记在本文“定义”部分中有更详细的描述。一旦不再需要，可以从转基因细胞中去除或切除标记基因。用于标记基因去除的技术是本领域已知的，有用的技术在上文“定义”部分中描述。
本发明还提供产生与对照植物相比具有增强的产量相关性状的转基因植物的方法，其包括在植物中引入和表达编码上文所定义IAA样多肽或NAC10样多肽的任何核酸序列。
更具体地，本发明提供了产生具有增强的产量相关性状(特别是增加的胁迫抗性和/或增加的产量)的转基因植物的方法，所述方法包括：
(i)向植物或植物细胞中引入和表达IAA样多肽或NAC10样多肽的编码核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。
(i)的核酸序列可以是任何能编码如本文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列。
可以将核酸序列直接引入植物细胞或植物本身(包括引入植物的组织、器官或任何其它部分)。根据本发明优选的方面，优选通过转化将核酸引入植物。术语“转化”在本文“定义”部分有更详细的说明。
遗传修饰的植物细胞能够通过技术人员熟悉的所有方法再生。合适的方法可见于上述S.D.Kung和R.Wu、Potrykus或者
Figure BDA0000125779480000671
和Willmitzer的出版物。
通常在转化以后，选出存在一个或多个标记的植物细胞或细胞群，所述标记由与目的基因共转移的植物可表达基因编码，继之将转化的材料再生成整个植物。为选择转化的植物，通常将在转化过程中获得的植物材料置于选择性条件下，从而可将转化的植物与非转化植物区分开来。例如，可以种植以上述方式获得的种子，并在最初的生长期之后，通过喷雾对其进行合适的选择。另一可能方案是使用合适的选择剂，将种子(适当时在灭菌之后)种在琼脂板上，从而仅转化的种子能够长成植物。备选地，针对转化的植物筛选可选择标记(如上文所述标记)的存在。
DNA转移和再生之后，还可评价推定转化的植物，例如用Southern分析，评价目的基因的存在、拷贝数和/或基因组构造。备选地或额外地，可用Northern和/或Western分析监测新引入的DNA的表达水平，这两种技术都是本领域普通技术人员所熟知的。
产生的转化植物可以通过多种方式繁殖，如通过克隆繁殖或经典的育种技术。例如，第一代(或T1)转化的植物可自交，选择纯合的第二代(或T2)转化体，而T2植物可进一步通过经典育种技术繁殖。产生的转化生物体可以有多种形式。例如，它们可以是转化细胞和非转化细胞的嵌合体；克隆的转化体(例如所有细胞经转化含有表达盒)；转化和非转化组织的嫁接体(例如在植物中，转化的根状茎嫁接到非转化的接穗上)。
本发明显然延及由本文所述任何方法产生的任何植物细胞或植物，以及所有的植物部分及其繁殖体。本发明还延及由任何上述方法产生的原代转化或转染的细胞、组织、器官或整个植物的后代，唯一的要求是所述后代呈现出与在本发明方法中亲本产生的基因型和/或表型特征相同的基因型和/或表型特征。
本发明也包括含有分离的编码如上文所定义的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列的宿主细胞。根据本发明优选的宿主细胞是植物细胞。对于用于本发明方法的核酸或载体、表达盒或构建体或载体的宿主植物原则上有利地为能够合成在本发明方法中使用的多肽的所有植物。
本发明方法有利地适用于任何植物。特别用于本发明方法中的植物包括属于植物界超家族的全部植物，尤其是单子叶植物和双子叶植物，包括饲用或饲料豆类、观赏植物、粮食作物、树或灌木。根据本发明优选的实施方案，植物是作物植物。作物植物的例子包括大豆、向日葵、芸苔、苜蓿、油菜(rapeseed)、亚麻子、棉花、番茄、马铃薯和烟草。还优选地，植物是单子叶植物。单子叶植物的例子包括甘蔗。更优选地，植物是谷物。谷物的例子包括稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦(emmer)、德国小麦(spelt)、黑麦属、一粒系小麦(einkorn)、teff、高粱(milo)和燕麦。
本发明也延及植物的可收获部分，该植物可收获部分包含编码IAA样多肽或NAC10样多肽的重组核酸序列，这样的可收获部分包括，但不限于种子、叶、果实、花、茎、根、根茎、块茎和鳞茎。本发明进一步涉及来自、优选直接来自该植物的可收获部分的产物，如干燥颗粒或粉末、油、脂肪及脂肪酸、淀粉或蛋白质。
根据本发明优选的方面，调节的表达是增加的表达。用于增加核酸或基因或基因产物之表达的方法均已详细记载于本领域中，并且在定义部分提供了实例。
如上所述，用于调节编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列表达的优选方法是通过在植物中引入并表达编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列；然而实施该方法的效果(也就是增强产量相关性状)也可使用其它已知技术来实现，包括但不限于T-DNA激活标签、TILLING、同源重组。在定义部分提供了这些技术的描述。
本发明也包括编码如本文中所述的IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列的用途和这些IAA样多肽或NAC10样多肽的用途，用于增强植物中的任何前述的产量相关性状。
编码本文中所述NAC10样多肽的核酸序列、或IAA样多肽或NAC10样多肽本身可以用于育种程序中，其中鉴定到可以与IAA样多肽或NAC10样多肽编码基因遗传连锁的DNA标记。所述核酸/基因或IAA样多肽或NAC10样多肽本身可以用来定义分子标记。这种DNA或蛋白质标记随后可以在育种程序中用来选择具有本发明方法中如上文所定义的增强的产量相关性状的植物。
编码IAA样多肽或NAC10样多肽的基因/核酸的等位变体也可以用于标记辅助的育种程序中。这种育种程序有时需要通过使用例如EMS诱变法对植物作诱变处理而引入等位基因变异；备选地，该程序可以从非故意引起的所谓“自然”起源的等位变体集合开始。随后进行等位变体的鉴定，例如通过PCR法。此后是用于选择所讨论序列的优选等位变体且其导致增加的产量的步骤。一般通过监测含有所讨论序列的不同等位变体的植物的生长性能而实施选择。可以在温室中或田间监测生长性能。其它任选步骤包括将鉴定到有优选等位变体的植物与另一种植物杂交。这可以用来例如产生目标表型特征的组合。
编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸序列也可以用作探针以便对基因进行遗传作图和物理作图，所述探针作为所述基因的一部分，及用作与那些基因关联的性状的标记。此类信息可以用于植物育种中，以便开发具有想要表型的株系。编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸的这种用途仅需要具有至少15个核苷酸长度的核酸序列。编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸可以用作限制性片段长度多态性(RFLP)标记。限制性消化的植物基因组DNA的Southern印迹(Sambrook J，Fritsch EF和Maniatis T(1989)Molecular Cloning，A Laboratory Manual)可以用编码NAC10样多肽的核酸序列来探测。产生的条带图谱随后可以使用计算机程序如MapMaker(Lander等(1987)Genomics 1：174-181)进行遗传分析以构建遗传图。此外，该核酸序列可以用来探测含有经限制性内切核酸酶处理的一组个体的基因组DNA的Southern印迹，其中所述的一组个体代表具有确定的遗传杂交的亲代和后代。DNA多态性的分离被标出并用来计算编码IAA样多肽或NAC10样多肽的核酸在使用这个群体先前所获得的遗传图中的位置(Botstein等(1980)Am.J.Hum.Genet.32：314-331)。
在Bernatzky和Tanksley(1986)Plant Mol.Biol.Reporter 4：37-41中描述了植物基因衍生的探针的产生和其在遗传作图中的用途。众多出版物描述了使用以上所提及的方法学或其改进方法对特定cDNA克隆的遗传作图。例如，F2互交群、回交群、随机交配群、近等基因系和其它个体群体可以用于作图。此类方法学是本领域技术人员众所周知的。
所述核酸序列探针也可以用于物理作图(即序列在物理图上的排列；见Hoheisel等在：Non-mammalian Genomic Analyasis：A Practical Guide，Academic press 1996，第319-346页及其中引用的参考文献)。
在另一实施方案中，核酸探针可以在直接荧光原位杂交(FISH)作图(Trask(1991)Trends Genet.7：149-154)中使用。尽管当前的FISH作图法支持使用大型克隆(几个kb至几百个kb；见Laan等(1995)Genome Res.5：13-20)，然而灵敏度的改进可以允许使用更短探针进行FISH作图。
用于遗传作图及物理作图的多种基于核酸序列扩增的方法可以使用所述核酸序列而实施。例子包括等位基因特异的扩增(Kazazian(1989)J.Lab.Clin.Med 11：95-96)、PCR扩增片段的多态性(CAPS；Sheffield等(1993)Genomics 16：325-332)、等位基因特异性连接(Landegren等(1988)Science241：1077-1080)、核苷酸延伸反应(Sokolov(1990)Nucleic Acid Res.18：3671)、放射杂交作图(Walter等(1997)Nat.Genet.7：22-28)和Happy作图(Dear和Cook(1989)Nucleic Acid Res.17：6795-6807)。对于这些方法，使用核酸的序列来设计并产生在扩增反应或在引物延伸反应中使用的引物对。此类引物的设计是本领域技术人员众所周知的。在使用基于PCR遗传作图的方法中，可能必须鉴定在对应于当前核酸序列的整个区域内作图亲代间的DNA序列差异。然而，这对于作图法而言通常不是必需的。
本发明方法产生具有如前文所述的增强的产量相关性状的植物。这些性状也可以与其它经济有利的性状组合，如其它的产量增强性状、对其它非生物胁迫和生物胁迫的耐性、调节多种构造性特征和/或生物化学特征和/或生理学特征的性状。
项目
1.IAA2样多肽
1.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码IAA2样多肽的核酸在植物中的表达，其中所述IAA2样多肽包含AUX/AA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)结构域和由SEQ ID NO：22表示的蛋白质基序。
2.项目1的方法，其中所述IAA2样多肽包含一个或多个以下基序：
(i)基序2，SEQ ID NO：23：(Q/G)LLDG(S/T)G(E/V)YTL
(ii)基序3，SEQ ID NO：24：LLDGSGEYTLVY
(iii)基序4，SEQ ID NO：25：KKLELRLGPPG
其中括号内的氨基酸代表在该位置上的可选的氨基酸。
3.项目1或2的方法，其中所述受调控的表达通过在植物中引入和表达IAA2样多肽之编码核酸而实现。
4.项目1-3的任一项的方法，其中所述编码IAA2样多肽之核酸编码表A1中列举的任一蛋白质，或者是此类核酸的一部分，或者是能够与此类核酸杂交的核酸。
5.项目1-4的任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A1给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
6.任意前述项目的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，优选增加的生物量和/或增加的种子产量。
7.项目1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。
8.项目1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得的。
9.项目3-8的任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子有效连接。
10.项目1-9的任一项的方法，其中所述IAA2样多肽之编码核酸是植物来源的，优选来自单子叶植物，进一步优选来自禾本科，更优选来自稻属，最优选来自稻。
11.通过项目1-10的任一项方法可获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码IAA2样多肽的重组核酸。
12、构建体，包含：
(i)编码如项目1或2定义的IAA2样多肽的核酸；
(ii)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选的
(iii)转录终止序列。
13.项目12的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子。
14.项目12或13的构建体在用于制造相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的植物的方法中的用途。
15.用项目12或13的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
16.用于生产相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物的方法，包括：
(i)在植物中引入和表达如项目1或2定义的IAA2样多肽之编码核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。
17.相对于对照植物，具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物或者源自所述转基因植物的转基因植物细胞，获得自如项目1或2定义的IAA2样多肽之编码核酸受调控的表达。
18.项目11、15或17的转基因植物，或源自它的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、黑麦属、一粒系小麦、teff、高粱和燕麦。
19.项目18的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选是苗生物量和/或种子。
20.来自项目18的植物和/或项目19的植物的可收获部分的产物。
21.IAA2样多肽之编码核酸用于在相对于对照植物的植物中增加产量，特别是增加种子产量和/或苗生物量。
2.NAC10样多肽
1.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码NAC10样多肽的核酸在植物中的表达，其中所述NAC10样多肽包含NAM结构域(PFAM登录号PF02365)。
2.项目1的方法，其中所述NAC10样多肽包含一个或多个以下基序：
(i)基序I，A/P/S/N/V/T T/V/L/I/A/S T/P/S/D/V/Q D/V/I/F I A/T/G/P，
(ii)基序II，R/N/K E/G/S I/R/S/Q/A/V/L R/Q A/P N/S/R，
(iii)基序III，C/Y R/K L/I/V S/Y/H/F/R N/K/Q K D/K/N/C/S/T/G/M/A/R。
3.项目1或2的方法，其中所述受调控的表达通过在植物中引入和表达NAC10样多肽之编码核酸而实现。
4.项目1-3的任一项的方法，其中所述编码NAC10样多肽之核酸编码表A2中列举的任一蛋白质，或者是此类核酸的一部分，或者是能够与此类核酸杂交的核酸。
5.项目1-4的任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A2给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
6.任意前述项目的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，优选增加的生物量和/或增加的种子产量。
7.项目1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。
8.项目1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得的。
9.项目3-8的任一项的方法，其中所述核酸与根特异性启动子或与组成型启动子，优选地与RCc3或GOS2启动子，最优选地与来自稻的RCc3或GOS2启动子有效连接。
10.项目1-9的任一项的方法，其中所述NAC10样多肽之编码核酸是植物来源的，优选来自双子叶植物，进一步优选来自禾本科，更优选来自稻属，最优选来自稻。
11.通过项目1-10的任一项方法可获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码NAC10样多肽的重组核酸。
12、构建体，包含：
(i)编码如项目1或2定义的NAC10样多肽的核酸；
(ii)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选的
(iii)转录终止序列。
13.项目12的构建体，其中所述控制序列之一是根特异性启动子或组成型启动子，优选RCc3或GOS2启动子，最优选来自稻的RCc3或GOS2启动子。
14.项目12或13的构建体在用于制造相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的植物的方法中的用途。
15.用项目12或13的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
16.用于生产相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物的方法，包括：
(i)在植物中引入和表达如项目1或2定义的NAC10样多肽之编码核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。
17.相对于对照植物，具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物或源自所述转基因植物的转基因植物细胞，获得自如项目1或2定义的NAC10样多肽之编码核酸受调控的表达。
18.项目11、15或17的转基因植物，或源自它的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、黑麦属、一粒系小麦、teff、高粱和燕麦。
19.项目18的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选是苗生物量和/或种子。
20.来自项目18的植物和/或项目19的植物的可收获部分的产物。
21.NAC10样多肽之编码核酸用于在相对于对照植物的植物中增加产量，特别是增加种子产量和/或苗生物量。
附图简述
现将参考以下附图描述本发明，其中：
图1表示IAA2样多肽的多重序列比对。
图2表示用于增加稻GOS2启动子(pGOS2)控制下的IAA2样编码核酸在稻中表达的二元载体。
图3表示SEQ ID NO：28的结构域结构，其具有NAM结构域(PF02365)(用粗体表示)和用下划线表示的保守基序I至III。
图4表示使用用于慢比对(slow alignment)默认设置的ClustalW的多种NAC10样多肽的多重比对。
图5显示稻NAC家族的系统发生关系。系统发生树来源于使用CLUSTAL W程序的54个稻NAC因子的推断氨基酸序列的比对。在预测自稻基因组的105个NAC因子中，我们使用tBLAST N程序从NCBI数据检索中选择了18个具有EST信息的NAC因子。18个胁迫诱导的因子由框标出。在表G中显示的亚群I至Ⅲ由圆圈标出。
表6使用分别来自RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的3个纯合子T4株系和非转基因(NT)对照植物的根和叶的总RNA进行RNA凝胶印迹分析。用OsNAC10基因特异的探针杂交印迹，并再次探测RbcS(Jang等人，1999)和微管蛋白。将EtBr染色用于测定RNA的相等负载。(-)失效合子(无转基因)株系，(+)转基因株系。
图7干旱胁迫期间转基因植物的外观。培养RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的3个独立的纯合子T4株系和非转基因(NT)对照4周，在温室中进行3天的干旱胁迫并然后重新浇水7天。在指定的时间点拍摄图像。“+”表示在正常生长条件下重新浇水天数的数目。
图8在干旱、高盐浓度和低温胁迫条件下，稻植物的叶绿素荧光(Fv/Fm)的改变。将在MS培养基中培养了14天的RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的3个独立的纯合子T4株系和非转基因(NT)对照经历如在材料和方法部分中所述的多种胁迫条件。胁迫处理后，使用脉冲调制荧光计(mini-PAM，Walze，德国)测量Fv/Fm值。在胁迫处理前，所有植物都在150μmol m-2s-1的连续光照下培养。每一数据点表示为三次重复的平均值±SE(n＝10)。
图9在正常和胁迫条件下，在田间生长的RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的农学性状。通过使用Microsoft Excel软件，绘制在正常和干旱条件下，RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的3个独立纯合子T4系和相应非转基因(NT)对照的农学性状的蜘蛛网图(Spiderplot)。每一数据点表示为补充表I和II中所列的平均值的百分比(n＝20)。将来自NT对照的平均值设定为100％作为参考。CL，秆长度；PL，穗长度；NP，每穴(hill)穗数；NSP，每穗小穗数；TNS，小穗总数、FR，饱满率；NFG，饱满籽粒数；TGW，总粒重；1,000GW；千粒重。
图10OsNAC10在酵母中的转录活性：通过PCR扩增OsNAC10的全长cDNA和两个C末端缺失片段，并与GAL4-BD载体融合。将每一构建体引入到酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株AH109中。R，OsNAC10的全长序列；R1，OsNAC10的C末端缺失序列(Δ323-460)；R2，OsNAC10的C末端缺失序列(Δ244-460)。填充框，OsNAC10的NAC结构域序列(1-173)；未填充框，OsNAC10的活化结构域序列(174-460)。将转化体种植(spot)在SD/-Trp和SD/-His/-Trp培养基上并在30℃温育3天。
图11来自18个胁迫诱导的稻基因的NAC结构域序列的比对：使用CLUSTAL W程序比对在表1中列出的18个基因的NAC结构域的推断氨基酸序列。高亮(灰色)相同的和保守的残基。用框标出特征基序，框上部分别标记如下：亚群I-Ⅲ的Ia-e、IIa-c和IIIa。
图12在稻的不同发育阶段，在胁迫条件下和在多种组织中OsNAC10的表达。
A，将稻种子在Murashige和Skoog琼脂培养基上黑暗中萌发并生长2天(D2)，并然后在28℃在光照下1天(L1)，并然后将幼苗移栽到盆栽土中，并在温室中生长11天(14天)，直到减数分裂阶段(M)，和直到刚好抽穗阶段前(BH)和直到刚好抽穗后(AH)。使用来自发育指定阶段的指定组织的RNA和基因特异性引物进行RT-PCR分析。将稻泛素(OsUbi)的表达水平用作为内部控制。L1C，来自L1幼苗的胚芽鞘。B，制备来自暴露于干旱、高盐浓度、ABA或低温指定时间的14日龄幼苗的叶和根组织的10μg总RNA，对于干旱胁迫，幼苗在28℃风干；对于高盐浓度胁迫，幼苗在28℃暴露于400mM NaCl；对于低温胁迫，幼苗暴露于4℃；对于ABA，幼苗暴露于含100μM ABA的溶液。印迹总RNA并用OsNAC10基因特异性探针杂交。然后用Dip1基因(Oh等人，2005b)再探测印迹，所述Dip1基因被用作为胁迫处理后关键基因上调的标记。将EtBr染色用于测定RNA的相等负载。
图13在正常和胁迫条件下，在RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物的根和叶中受调节的基因。通过qRT-PCR(使用在线的补充表S5中列出的引物)测定转录水平的OsNAC10和6个靶基因。分别将RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10中基因的转录水平表示为未处理NT对照根和叶中的转录水平的相对值。使用稻泛素基因(OsUbi)转录水平归一化数据。数值为三次独立实验的平均值±SD。
实施例
现将参考以下仅用于说明的实施例来描述本发明。以下实施例不旨在完整的定义或以其它方式限定本发明的范围。
DNA操作：除非另有说明，根据(Sambrook(2001)Molecular Cloning：a laboratory manual，第三版，Cold Spring Harbor Laboratory Press，CSH，New York)或Ausubel等(1994)，Current Protocols in MolecularBiology，Current Protocols第1卷和第2卷中所述标准方案进行重组DNA技术。用于植物分子工作的标准材料和方法描述于BIOS ScientificPublications Ltd(UK)和Blackwell Scientific Publications(UK)出版的由R.D.D Croy编著的Plant Molecular Biology Labfax(1993)中。
实施例1：鉴定与本发明方法中使用的核酸序列相关的序列。
使用数据库序列检索工具，如基本局部比对工具(BLAST)(Altschul等(1990)J.Mol.Biol.215：403-410；和Altschul等(1997)Nucleic Acids Res.25：3389-3402)在国家生物技术信息中心(NCBI)的Entrez核苷酸数据库和其它数据库中所维护的那些序列内鉴定到与本发明方法中使用的核酸序列相关的序列(全长cDNA、EST或基因组)。该程序用来通过核酸序列或多肽序列与序列数据库比较并通过计算匹配的统计学显著性而找到序列间具有局部相似性的区域。例如，在本发明中使用的核酸所编码的多肽用于TBLASTN算法，采用默认设置并关闭忽略低复杂度序列的过滤。分析的结果通过配对性比较显示，并根据概率评分(E-值)排序，其中该评分反映特定比对结果因偶然而发生的概率(E-值越低，命中的显著性越高)。除了E-值外，比较还通过同一性百分数进行记分。同一性百分数指两个所比较核酸(或多肽)序列之间在特定长度范围内的相同核苷酸(或氨基酸)数目。在一些例子中，可以调整缺省参数以修改检索的严格性。例如可以提高E值以显示较低严格性的匹配。这样，可以鉴定短的近似精确的匹配。
1.1IAA2样多肽
表A1提供了与本发明方法中使用的IAA2样核酸序列相关的核酸序列的列表。
表A1：IAA2样多肽的实例：
Figure BDA0000125779480000791
1.2NAC10样多肽
表A2提供了与本发明方法中使用的NAC10样核酸序列相关的核酸序列的列表。
表A2：NAC10样核酸和多肽的实例：
Figure BDA0000125779480000801
Figure BDA0000125779480000811
Figure BDA0000125779480000821
在一些情况下，相关序列已经由研究协会例如基因组研究协会(TIGR；以TA开头)暂时组装并对公众公开。还可以使用真核基因直向同源物(EGO)数据库鉴定这类相关序列，用目的核酸或多肽序列进行关键词搜索或通过使用BLAST算法进行。在其他一些情况下，针对具体的生物已经创建了具体的核酸序列数据库，例如由联合基因组协会(Joint GenomeInstitute)创建的那些。另外，使用专利数据库允许鉴定新的核酸和多肽序列。
实施例2：与本发明方法中使用的多肽序列相关的序列比对
2.1.IAA2样多肽
使用来自Vector NTI(Invitrogen)的基于逐步比对的Clustal W 2.0算法(Thompson等(1997)Nucleic Acids Res 25：4876-4882；Chenna等(2003).Nucleic Acids Res 31：3497-3500)的AlignX程序实施多肽序列的比对；用标准设定实施比对：空位开放罚分10，空位延伸罚分0.2。进行少量人工编辑以进一步优化比对。IAA2样多肽比对在图1中。
在共有序列中指出了高保守氨基酸残基。
2.2.NAC10样多肽
使用具有标准设定(慢比对，相似性矩阵：Gonnet，空位开放罚分10，空位延伸罚分0.2)的逐步比对的ClustalW 2.0算法((Thompson等(1997)Nucleic Acids Res 25：4876-4882；Chenna等(2003).Nucleic Acids Res31：3497-3500)实施如图4中所示的多肽序列的比对。进行少量人工编辑以进一步优化比对。该比对可以用于测定约5至10个氨基酸长度的保守标签序列。优选地使用蛋白质的保守区，其由星号(相同残基)、冒号(高保守替换)和点(保守替换)指出。
如在图里中所述，使用ClustalW构建NAC10样多肽的系统发生树(图3)。
实施例3：计算在用于实施本发明方法的多肽序列之间的全局百分比同一性
3.1.IAA2样多肽
使用本领域可获得的方法之一MatGAT(矩阵全局比对工具)软件(BMC Bioinformatics.20034：29.MatGAT：an application that generatessimilarity/identity matrices using protein or DNA sequences.CampanellaJJ，Bitincka L，Smalley J；软件由Ledion Bitincka提供)确定用于实施本发明方法的全长多肽序列之间全局相似性百分数和同一性百分数。MatGAT软件为DNA序列或蛋白质序列产生相似性/同一性矩阵，无需数据的预比对。该程序使用Myers和Miller全局比对算法(空位开放罚分12和空位延伸罚分2)执行一系列逐对比对，使用例如Blosum 62(对于多肽)计算相似性和同一性并且随后将结果置于距离矩阵中。
比较中所用的参数是：
评分矩阵：Blosum62
第一空位：12
延伸空位：2
3.2.NAC10样多肽
使用本领域可获得的方法之一MatGAT(矩阵全局比对工具)软件(BMC Bioinformatics.2003 4：29.MatGAT：an application that generatessimilarity/identity matrices using protein or DNA sequences.CampanellaJJ，Bitincka L，Smalley J；软件由Ledion Bitincka提供)确定用于实施本发明方法的全长多肽序列之间全局相似性百分数和同一性百分数。MatGAT软件为DNA序列或蛋白质序列产生相似性/同一性矩阵，无需数据的预比对。该程序使用Myers和Miller全局比对算法(空位开放罚分12和空位延伸罚分2)执行一系列逐对比对，使用例如Blosum 62(对于多肽)计算相似性和同一性并且随后将结果置于距离矩阵中。序列相似性在分界线的下半部分中显示，序列同一性在对角分界线的上半部分中显示。
比较中所用的参数是：Blosum62(评分矩阵)，12(第一空位罚分)，2(延伸空位罚分)。
多肽序列全长上的全局相似性和同一性软件分析结果在表B1中显示。同一性百分数在对角线之上给出并且相似性百分数在对角线之下给出。
在实施本发明方法中有用的NAC10样多肽序列之间的百分比同一性可低至与SEQ ID NO：28相比为30％的序列同一性。
Figure BDA0000125779480000881
Figure BDA0000125779480000891
实施例4：鉴定包含在用于实施本发明方法的多肽序列中的结构域
4.1.IAA2样多肽
通过检索pfam数据库测定SEQ ID NO：2中存在的保守蛋白质结构域。Pfam是覆盖许多常见蛋白质结构域和家族的，多重序列比对和隐藏的马尔可夫模型(hidden Markov models)的大集合。Pfam由大不列颠联合王国的Sanger研究所的服务器管理。
如SEQ ID NO：2所表示的查询序列的Pfam检索结果在表C1中示出。表C1：SEQ ID NO：2所示多肽序列的Pfam检索结果(主要登录号)。
Figure BDA0000125779480000901
用于PF2309的比对模式称为“Is”。在该模型中使用的参数在表C2中给出。
表C2：
Is模型：hmmbuild-F HMM_ls SEED hmmcalibrate--cpu 1--seed 0HMM_ls
Figure BDA0000125779480000902
4.2.NAC10样多肽
蛋白质家族、结构域和位点集成资源(Integrated Resouce of ProteinFamilies，domain and Site，InterPro)数据库是基于文本和序列检索的通常所用特征序列数据库的集成界面。InterPro数据库组合了这些数据库，所述的数据库使用不同方法学和不同程度的有关已充分表征蛋白质的生物学信息以得到蛋白质特征序列。合作数据库包括SWISS-PROT、PROSITE、TrEMBL、PRINTS、ProDom和Pfam、Smart和TIGRFAMs。Pfam是覆盖许多常见蛋白质结构域和家族的，多重序列比对和隐藏的马尔可夫模型(hidden Markov models(HMMs))的大集合。Pfam由大不列颠联合王国的Sanger研究所的服务器上提供。Interpro由大不列颠联合王国的欧洲生物信息研究所提供。
如SEQ ID NO：28所表示的多肽序列的InterPro扫描结果在表C3中示出。
表C3：SEQ ID NO：28所示多肽序列的InterPro扫描结果(主要登录号)
Figure BDA0000125779480000911
实施例5：用于实施本发明方法的多肽序列的拓扑学预测
5.1.IAA2样多肽
TargetP 1.1预测真核蛋白质的亚细胞定位。位置分配是基于经预测存在的任何N端前序列：叶绿体转运肽(cTP)、线粒体靶向肽(mTP)或分泌途径信号肽(SP)。最终预测所依据的评分并不是真正的概率，并且它们未必加起来等于一。然而，具有最高评分的位置根据TargetP则是最有可能的，并且评分之间的关系(可靠性类别)可以是预测的肯定性的一个指标。可靠性类别(RC)范围从1至5，其中1表示最强预测。TargetP在丹麦技术大学(Technical University of Denmark)的服务器上维护。
对于预测含有N端前序列的序列，也可以预测潜在的切割位点。
选择了众多参数，如生物群(非植物或植物)、临界设置(cutoffset)(无、临界的预定义设置或临界的用户指定设置)和对切割位点预测的计算(是或否)。
众多其它算法可以用来执行此类分析，包括：
·在丹麦技术大学服务器上提供的ChloroP 1.1；
·在澳大利亚布里斯班昆士兰大学分子生物科学研究所(Institute forMolecular Bioscience，University of Queensland，Brisbane，Australia)的服务器上提供的蛋白质Prowler亚细胞定位预测程序(Protein ProwlerSubcellular Localisation Predictor)第1.2版；
·在加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市阿尔伯塔大学(University ofAlberta，Edmonton，Alberta，Canada)的服务器上提供的PENCE ProteomeAnalyst PA-GOSUB 2.5；
·在丹麦技术大学服务器上提供的TMHMM；
·PSORT(URL：psort.org)。
·PLOC(Park和Kanehisa，Bioinformatics，19，1656-1663，2003)。
5.2.NAC10样多肽
TargetP 1.1预测真核蛋白质的亚细胞定位。位置分配是基于经预测存在的任何N端前序列：叶绿体转运肽(cTP)、线粒体靶向肽(mTP)或分泌途径信号肽(SP)。最终预测所依据的评分并不是真正的概率，并且它们未必加起来等于一。然而，具有最高评分的位置根据TargetP则是最有可能的，并且评分之间的关系(可靠性类别)可以是预测的肯定性的一个指标。可靠性类别(RC)范围从1至5，其中1表示最强预测。TargetP在丹麦技术大学(Technical University of Denmark)的服务器上维护。
对于预测含有N端前序列的序列，也可以预测潜在的切割位点。
选择了众多参数，如生物群(非植物或植物)、临界设置(cutoffset)(无、临界的预定义设置或临界的用户指定设置)和对切割位点预测的计算(是或否)。
如SEQ ID NO：28所表示的多肽序列的TargetP 1.1分析的结果在表D1中显示。已经选择“植物”生物群，未定义临界值并且需要转运肽的预测长度。SEQ ID NO：28所示多肽序列的亚细胞定位预测可以是在细胞质或者细胞核，没有预测到转运肽。
表D1：SEQ ID NO：28所示多肽序列的TargetP 1.1分析。缩写：Len，长度；cTP，叶绿体转运肽；mTP，线粒体转运肽，SP，分泌途径信号肽，其他，其他亚细胞靶向，Loc，预测的定位；RC，可靠性类别；TPlen，预测的转运肽长度。
Figure BDA0000125779480000931
众多其它算法可以用来执行此类分析，包括：
·在丹麦技术大学服务器上提供的ChloroP 1.1；
·在澳大利亚布里斯班昆士兰大学分子生物科学研究所的服务器上提供的蛋白质Prowler亚细胞定位预测程序第1.2版；
·在加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市阿尔伯塔大学的服务器上提供的PENCE Proteome Analyst PA-GOSUB 2.5；
·在丹麦技术大学服务器上提供的TMHMM；
·PSORT(URL：psort.org)。
·PLOC(Park和Kanehisa，Bioinformatics，19，1656-1663，2003)。
实施例6：用于本发明方法和稻转化的核酸序列的克隆
6.1.IAA2样多肽
使用常规分子生物学技术从稻中分离具有SEQ ID NO：1的序列的核酸，并克隆入Gateway技术(Invitrogen)的进入载体(entry vector)中。
含有SEQ ID NO：1的进入克隆随后在LR反应中与一种用于稻转化的目的载体一起使用。这种载体在T-DNA边界内含有作为功能性元件的：植物可选择标记；可筛选标记表达盒和意图与已经克隆于所述进入克隆内的目的核酸序列用于LR体内重组的Gateway盒。用于组成型特异表达的稻GOS2启动子(SEQ ID NO：26)位于这种Gateway盒的上游。
在LR重组步骤后，产生的表达载体pGOS2::IAA2样(图2)根据本领域众所周知的方法转化至农杆菌菌株LBA4044中。
6.2.NAC10样多肽
在一个实验中，使用以下的转化方法：
根据厂商说明，使用RT-PCR系统(Promega，WI)从稻总RNA中扩增OsNAC10的编码区。引物对如下：
正向：(5’-ATGCCGAGCAGCGGCGGCGC-3’)(引物A，SEQ ID NO：384)
反向：(5-CTACTGCATCTGCAGATGAT-3’)(引物B，SEQ ID NO：385)。
为了在稻中能过表达OsNAC10基因，使用Gateway系统(Invitrogen，Carlsbad，CA)分别将分离的cDNA与用于组成型表达的GOS2启动子(de Pater等人，1992)和用于根特异性表达的RCc3启动子(Xu等人，1995)连接。通过三亲株交配将质粒引入到根癌农杆菌LBA4404中，和如前所述(Jang等人，1999)转化来自成熟种子的胚发生的(稻栽培品种Nipponbare)愈伤组织。
为了能在稻中过表达OsNAC10基因，分离它们的全长cDNA并与用于根特异性表达的RCc3启动子(Xu等人，1995)和用于组成型表达的GOS2启动子(de Pater等人，1992)连接，产生构建体RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10。然后通过农杆菌介导的转化(Hiei等人，1994)，将这些构建体引入到稻中，每一构建体产生了15至20个独立的转基因株系。收集转基因T1-4种子，并选择RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10二者的3个独立T4纯合子株系用于进一步分析。所有这些转基因株系生长正常而没有发育迟缓。通过RNA凝胶印迹分析，确定RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物中OsNAC10的转录水平。为此，从在正常生长条件下生长的14日龄幼苗的叶和根组织中提取总RNA(图4)。在全部转基因株系中检测到了明显的OsNAC10，但在非转基因(NT)对照中没有检测到。转基因在GOS2::OsNAC10植物的叶和根中和RCc3::OsNAC10植物的根中高水平表达，但在后者的叶中不表达，证实了启动子的组成型和根特异性性质。
在另一实验中，如下构建质粒并转化植物：
通过PCR，使用定制的稻幼苗cDNA文库(在pCMV Sport 6.0；Invitrogen，Paisley，英国中)作为模板，扩增在本发明方法中使用的核酸序列。在标准条件中使用Hifi Taq DNA聚合酶，使用在50μl PCR混合物中的200ng模板实施PCR。使用的引物为prm08754(SEQ ID NO：386；正义，起始密码子以黑体)：5’-ggggacaagtttgtacaaaaaagcaggcttaaacaatg ccgagcagcg-3’和prm08755(SEQ ID NO：387；反义，互补的)：5’-ggggaccactttg tacaagaaagctgggtctactgcatctgcagatga-3’，其包含用于Gateway重组的AttB位点。并使用标准方法纯化扩增的PCR片段。随后实施Gateway方法的第一步骤，即BP反应，在此期间PCR片段与pDONR201质粒发生体内重组以产生根据Gateway命名的“进入克隆”，pNAC10。质粒pDONR201作为
Figure BDA0000125779480000951
技术的部分从Invitrogen购买。
含有SEQ ID NO：27的进入克隆随后在LR反应中与一种用于稻转化的目的载体一起使用。这种载体在T-DNA边界内含有作为功能性元件的：植物可选择标记；可筛选标记表达盒和意图与已经克隆于所述进入克隆内的目的核酸序列用于LR体内重组的Gateway盒。用于根特异性表达的稻RCc3启动子(SEQ ID NO：383)位于这种Gateway盒的上游。
LR重组步骤之后，获得的表达载体pRCc3::NAC10根据本领域众所周知的方法转化至农杆菌菌株LBA4044中。
实施例7：其他作物的植物转化
含有表达载体的农杆菌用来转化稻植物。将稻的日本栽培品种Nipponbare的成熟干燥种子脱壳。通过在70％乙醇中孵育一分钟，随后在0.2％HgCl2中30分钟，随后用无菌蒸馏水洗涤6次15分钟而实施消毒。消毒的种子随后在含有2，4-D的培养基(愈伤组织诱导培养基)上萌发。在黑暗中孵育4周后，将胚发生的，来自小盾片的愈伤组织切下并在同一种培养基上增殖。2周后，愈伤组织通过在同一种培养基上继代培养另外2周而繁殖或增殖。胚发生性愈伤组织片在新鲜培养基上继代培养3日，之后共培育(以增强细胞分裂活性)。
含有表达载体的农杆菌菌株LBA4404用于共培育。农杆菌接种在含有适宜抗生素的AB培养基上并在28℃培养3日。随后将细菌收集并重悬在液体共培育培养基中至密度(OD600)约1。将混悬液随后转移至培养皿并将愈伤组织在该混悬液内浸泡15分钟。愈伤组织随后在滤纸上吸干并转移至固化的共培育培养基上并且在黑暗中于25℃孵育3日。共培育的愈伤组织在黑暗中于28℃在选择剂存在下于含有2，4-D的培养基上培育4周。在此时段期间，形成迅速生长的抗性愈伤组织岛。在这种材料转移至再生培养基并在光照下培育后，胚发生潜力释放并且苗在随后4至5周发育。将苗从愈伤组织中切下并且在含有生长素的培养基上培育2至3周，将苗从所述的培养基上转移至土壤。硬化的苗在高湿度和短日照下于温室中培育。
对一个构建体而言产生约35个独立的T0稻转化体。原代转化体从组织培养箱转移至温室。在定量PCR分析以验证T-DNA插入物的拷贝数后，仅保留表现选择剂耐受性的单拷贝转基因植物用于收获T1种子。种子随后在移植后3至5月收获。本方法以超过50％的比率产生单一基因座转化体(Aldemita和Hodges1996，Chan等1993，Hiei等1994)。
实施例8：其他作物的转化
玉米转化
玉米(玉蜀黍)的转化根据Ishida等(1996.Nature Biotech 14(6)：745-50)描述方法的改进方法进行。在玉米中的转化是基因型依赖的并且仅特定的基因型可适用于转化和再生。近交系A188(明尼苏达大学)或以A188作为亲本的杂种是用于转化的供体材料的良好来源，但是其它基因型也可以成功地使用。在授粉后(DAP)大约11日从玉米植物中收获玉米穗，此时不成熟胚的长度是大约1至1.2mm。不成熟胚与含有表达载体的根癌农杆菌共培育并且转基因植物通过器官发生而回收。切下的胚在愈伤组织诱导培养基上、随后在玉米再生培养基上培育，其中所述的再生培养基含有选择剂(例如咪唑啉酮，但可以使用多种选择标记)。培养板在25℃于光照下培养2-3周，或直至苗发育。将绿色苗从每个胚转移至玉米生根培养基并在25℃培养2-3周，直至根发育。将生根的苗移植至温室的土壤中。从表现选择剂耐受的并含有单拷贝的T-DNA插入物的植物中产生T1种子。
小麦转化
小麦的转化用Ishida等(1996)Nature Biotech 14(6)：745-50描述的方法进行。通常在转化中使用(可从墨西哥CIMMYT获得的)栽培品种Bobwhite。不成熟胚与含有表达载体的根癌农杆菌共培育并且转基因植物通过器官发生而回收。在与农杆菌孵育后，胚在愈伤组织诱导培养基上、随后在再生培养基上体外培育，其中所述的再生培养基含有选择剂(例如咪唑啉酮，但可以使用多种选择标记)。培养平板在25℃于光照下培养2-3周，或直至苗发育。将绿色苗从每个胚转移至生根培养基并在25℃培养2-3周，直至根发育。将生根的苗移植至温室的土壤中。从表现选择剂耐受的并含有单拷贝的T-DNA插入物的植物中产生T1种子。
大豆转化
根据对Texas A&M美国专利5,164,310中所述方法的改进方法转化大豆。几个商业大豆品种对于通过这种方法的转化是可行的。栽培品种Jack(从Illinois种子基金会可获得)通常用于转化。对大豆种子消毒以便体外播种。从7日龄幼苗中切下下胚轴、胚根和一片子叶。进一步培育上胚轴和余下的子叶以发育腋生节。将这些腋生节切下并与含有表达载体的根癌农杆菌孵育。在共培育处理之后，将外植体洗涤并转移至选择培养基。将再生的苗切下并置于苗伸长培养基上。将长度不超过1cm的苗置于生根培养基上直至根发育。将生根的苗移植至温室的土壤中。从表现选择剂耐受的并含有单拷贝T-DNA插入物的植物中产生T1种子。
油菜/芸苔转化
使用5-6日龄幼苗的子叶柄和下胚轴作为用于组织培育的外植体并且根据Babic等(1998，Plant Cell Rep 17：183-188)转化。商业栽培品种Westar(Agriculture Canada)是用于转化的标准品种，但是也可以使用其它品种。对芸苔种子作表面消毒以便体外播种。从体外幼苗中切下具有附着子叶的子叶柄外植体，并通过叶柄外植体的切口端浸入细菌混悬液而接种(含有表达载体的)农杆菌。外植体随后在含有3mg/l BAP、3％蔗糖、0.7％植物琼脂(Phytagar)的MSBAP-3培养基上在23℃，16小时光照下培养2天。在与农杆菌共培育2日后，将叶柄外植体转移至含有的3mg/l BAP、头孢噻肟、羧苄青霉素或特美汀(300mg/l)的MSBAP-3培养基上持续7日，并且随后在含头孢噻肟、羧苄青霉素或特美汀和选择剂的MSBAP-3培养基上培养，直至苗再生。当苗具有5-10mm长度时，将苗切下并转移至苗伸长培养基(含0.5mg/l BAP的MSBAP-0.5)。将长度大约2cm的苗转移至用于根诱导的生根培养基(MS0)。将生根的苗移植至温室的土壤中。从表现选择剂耐受性并含有单拷贝T-DNA插入物的植物中产生T1种子。
苜蓿转化
紫苜蓿(Medicago sativa)的再生性克隆使用(McKersie等，1999 PlantPhysiol 119：839-847)的方法加以转化。苜蓿的再生和转化是基因型依赖性的并且因而需要再生植物。已经描述了获得再生性植物的方法。例如，这些再生性植物可以选自栽培品种Rangelander(Agriculture Canada)或如Brown DCW与A Atanassov(1985.Plant Cell Tissue Organ Culture4：111-112)描述的任何其它商业苜蓿品种。备选地，RA3品种(威斯康星大学(University of Wisconsin))已经被选择用于组织培养中(Walker等，1978Am J Bot 65：654-659)。将叶柄外植体与含有表达载体的根癌农杆菌C58C1pMP90(McKersie等，1999Plant Physiol 119：839-847)或LBA4404的过夜培养物共培育。外植体在黑暗中在含有288mg/L Pro、53mg/L硫代脯氨酸、4.35g/L K2SO4和100μm乙酰丁香酮的SH诱导培养基上共培育3天。外植体在半强度(half-strength)Murashige-Skoog培养基(Murashige和Skoog，1962)中洗涤并平板接种在不含乙酰丁香酮而含有合适选择剂和合适抗生素以抑止农杆菌生长的相同SH诱导培养基上。在数周后，将体细胞胚转移至不含生长调节剂、不含抗生素而含有50g/L蔗糖的BOi2Y发育培养基中。体细胞胚随后在半强度Murashige-Skoog培养基上萌发。将生根的幼苗移植至花盆内并且在温室中培育。从表现选择剂耐受性并含有单拷贝T-DNA插入物的植物中产生T1种子。
棉花转化
根据US 5,159,135中所述的方法使用根癌农杆菌转化棉花。将棉花种子在3％次氯酸钠溶液中表面灭菌20分钟，并以含有500μg/ml头孢噻肟的蒸馏水洗涤。接着将种子转移至含有50μg/ml苯菌灵的SH培养基中进行萌发。取下4至6日龄幼苗的下胚轴，剪成0.5cm的片并置于0.8％琼脂上。用农杆菌悬液(约108个细胞/ml，从转化有目的基因和适当选择标记的过夜培养物稀释而成)接种下胚轴外植体。室温光照3天后，将组织转移至固体培养基(1.6g/l Gelrite)，其带有包含B5维生素的Murashige和Skoog盐(Gamborg等，Exp.Cell Res.50：151-158(1968))，0.1mg/l 2，4-D，0.1mg/l6-糠胺嘌呤和750μg/ml MgCL2，并含有50至100μg/ml头孢噻肟和400-500μg/ml羧苄青霉素以杀死残余细菌。2至3个月(每4至6周继代培养)后分离单个细胞系，并在选择培养基上进一步培养进行组织扩增(30℃，16小时光周期)。接着在非选择培养基上将转化组织再培养2至3个月，以产生体细胞胚。将至少4mm长的表观健康的胚转移至管中，其中含有细蛭石中的SH培养基，并补充有0.1mg/l吲哚乙酸、6糠胺嘌呤和赤霉酸。以16小时光周期在30℃下培养胚，并将2至3叶期的小植株转移至含有蛭石和养分的盆中。植物变硬并接着移至温室中进一步培养。
实施例9：表型评价方法
9.1.IAA2样多肽
9.1.1评价设置
产生大约35个独立的T0稻转化体。原代转化体从组织培养箱转移至温室用于生长和收获T1种子。留下事件，其中所述事件的T1后代对转基因的存在/不存在以3∶1比例分离。对于这些事件中的每一事件，通过监测目视标记表达而选择含有转基因的大约10株T1幼苗(杂合子和纯合子)和缺少转基因的大约10株T1幼苗(失效合子)。转基因植物和对应的失效合子在随机位置上并排培育。温室条件是短日照(12小时光照)，在光照下28℃和在黑暗中22℃以及相对湿度70％。定期给生长于非胁迫条件下的植物浇水，以确保水和养分不受限制，从而满足植物完成生长和发育的需要。使植物从播种期直至成熟期通过数字成像箱数次。在每一时间点上，对每株植物从至少6个不同角度拍摄数字图像(2048×1536像素，1600万颜色)。
干旱筛选
在正常培养条件下在盆土中培养来自T2种子的植物，直至到达抽穗阶段。接着将其转移至停止浇水的“干旱”部分。在随机选择的盆中插入湿度探测器，以检测土壤含水量(SWC)。当SWC降至一定阈值之下时，自动对植物持续再浇水直至再次达到正常水平。接着将植物再转移至正常条件。其余培养(植物成熟、种子收获)与不在非生物胁迫条件下培育的植物相同。如正常条件下培养所详细描述的那样记录生长和收获参数。
氮使用效能筛选
在除营养液以外均为正常的条件下在盆土中培养来自T2种子的稻植物。从移植到成熟均使用特定的营养液对盆浇水，其中含有降低的氮(N)含量，通常降低7至8倍。其余培养(植物成熟、种子收获)与不在非生物胁迫条件下培育的植物相同。如正常条件下培养所详细描述的那样记录生长和收获参数。
盐胁迫筛选
在由椰子纤维和argex(3∶1比例)构成的基质上培养植物。在将小植株移植到温室后的前两周使用正常营养液。前两周之后，向营养液中加入25mM盐(NaCl)，直至收获植物。随后测量种子相关参数。
9.1.2统计分析：F检验
使用双因子ANOVA(方差分析)作为统计模型用于植物表型特征的整体评价。对用本发明基因转化的全部事件的全部植物的所有测量参数实施F检验。实施F检验以检查基因对于全部转化事件的作用并验证基因的整体作用(又称作全局基因作用)。用于真实全局基因作用的显著性的阈值对于F检验设置在5％概率水平上。显著性F检验值标示基因作用，意味着不仅仅基因的存在或位置才造成表型上的差异。
9.1.3测量的参数
生物量相关的参数测量
从播种期直至成熟期，使植物通过数字成像箱数次。在每一时间点上，对每株植物从至少6个不同角度拍摄数字图像(2048×1536像素，1600万颜色)。
植物地上部分面积(或叶生物量)通过计数在来自植物地上部分的数字图像上区别于背景的像素的总数而测定。该值对在相同时间点上从不同角度拍摄的画面进行平均化并且通过校正转化成以平方毫米计的物理表面值。实验证实以这种方式测量的地上部分植物面积与地上植物部分的生物量相关。地上部分面积是在植物已经达到其最大叶生物量的时间点上所测量的面积。早期萌发势是萌发后3周的植物(幼苗)地上部分面积。根生物量的增加被表述为总根生物量(测量为植物寿命中观察到的根的最大的生物量)的增加；或者表述为根/苗指数(测量为根和苗活性生长期中根质量和苗质量的比例)的提高。
早期萌发势通过计数在来自植物地上部分的区别于背景的像素的总数而测定。该值对在相同时间点上从不同角度拍摄的画面进行平均化并且通过校正转化成以平方毫米计的物理表面值。以下描述的结果是针对萌发后三周的植物。
种子相关参数的测量
将成熟的原穗(primary panicle)收获、计数、装袋、加条形码标记并且随后在干燥箱内在37℃干燥3日。随后将穗脱粒并且收集及计数全部种子。使用吹气装置分开饱满粒(husk)与空粒。弃去空粒并再次对剩余部分计数。饱满粒在分析天平上称重。饱满种子数通过计数分离步骤后保留下来的饱满粒数而确定。种子总产量通过称量从植物中收获的全部饱满粒而测量。每株植物种子总数通过计数从植物中收获的粒数目而测量。根据计数的饱满种子数及其总重量外推得出千粒重(TKW)。收获指数(HI)在本发明中定义为种子总产量和地上面积(mm2)之间的比值再乘以因子106。每个穗的花总数在本发明中定义为种子总数与成熟的原穗数之间的比率。种子饱满率在本发明中定义为饱满种子数占种子(或小花)总数的比例(以a％表示)。
9.2.NAC10样多肽
在第一组实验中，进行了以下测试：
在营养阶段干旱处理
在半强度MS固体培养基中，在28℃，在培养室中在黑暗中萌发转基因和非转基因(NT)稻(稻栽培品种Nipponbare)种子4天，移栽到土壤中并然后在28-30℃在温室中生长(16小时光照/8小时黑暗循环)。在进行干旱胁迫实验前，在盆(3×3×5cm；1株植物一盆)中培养来自每一转基因和非转基因株系的18株幼苗4周。为了诱导干旱胁迫，不给4周龄转基因和NT幼苗浇水3天，然后浇水7天。然后评分存活或者继续生长的植物的数目。
在干旱、高盐浓度和低温条件下的叶绿素荧光
在半强度MS固体培养基中，在培养室(28℃，150μmol m-2s-1的16小时光照/8小时黑暗循环)中萌发转基因和非转基因稻(稻栽培品种Nipponbare)种子14天。在体外胁迫处理前，用剪刀切剪大约10株幼苗的绿色部分。为了诱导低温胁迫，在连续的150μmol m-2s-1光照下，在4℃在水中孵育幼苗直到至多6小时。对于高盐浓度胁迫处理，在连续的150μmol m-2s-1光照下，在28℃在400mM NaCl中孵育它们2小时，并且对于模拟干旱胁迫，将它们在连续的150μmol m-2s-1光照下，在28℃风干2小时。然后如前所述(Oh等人，2005b)测量Fv/Fm值。
在田间生长的稻植物的干旱处理和谷物产量分析
为了评价在正常田间条件下转基因植物的产量组分，将RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物，以及非转基因(NT)对照的3株独立T4纯合子株系移栽至韩国水原Rural Development Administration的稻田。应用具有两个重复的完全随机设计，每一重复由5m2的4个盆组成。播种后第25天，在15×30cm距离内随机移栽幼苗。在最后填料(paddling)后和在移栽后第45天，应用70N/40P/70K kg ha-1的肥料。对每盆10株植物和每株系20株植物进行产量参数评分。
为了评价在干旱田间条件下转基因植物的产量组分，将RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物，以及NT对照的3株独立T4纯合子株系移栽至填满了天然水稻土的具有可移去避雨棚(removablerain-off shelter)的1米深容器中并置于Myongji University，Yongin，韩国。应用如上用于正常田间条件所述使用完全随机设计、移栽距离和肥料。通过经容器底物的排水口流水，在穗抽穗阶段应用干旱胁迫(从抽穗前10天至抽穗后20天)。为了防止植物死亡，当在干旱胁迫期间植物叶卷曲时，我们灌溉两次。在暴露于干旱胁迫条件后，移去聚乙烯盖，并灌溉植物直到收获。
当在正常和干旱条件下生长的植物达到成熟且谷物成熟时，收获它们并手工脱粒(从营养体部分分离种子)。分离未饱满籽粒和饱满籽粒，使用Countmate MC1000H(Prince Ltd，韩国)独立地计数，并称重。评分以下的农学性状：开花时间、穗长度、分蘖数、穗数、每穗小穗数、饱满率(％)、总粒重(g)和千粒重(g)。通过单因素ANOVA单独地分析来自三个独立株系的结果并与NT对照的那些结果比较。将ANOVA用于排出转基因株系和NT对照的等均值(equal mean)的无效假设(P＜0.05)。将SPSS版本16.0用于进行统计学分析。
在另一组中，进行了以下实验：
9.2.1评价设置
产生大约35个独立的T0稻转化体。原代转化体从组织培养箱转移至温室用于生长和收获T1种子。留下6个事件，其中所述事件的T1后代对转基因的存在/不存在以3∶1比例分离。对于这些事件中的每一事件，通过监测目视标记表达而选择含有转基因(杂合子和纯合子)的大约10株T1幼苗和缺少转基因(失效合子)的大约10株T1幼苗。转基因植物和对应的失效合子在随机位置上并排培育。温室条件是短日照(12小时光照)，在光照下28℃和在黑暗中22℃以及相对湿度70％。定期给生长于非胁迫条件下的植物浇水，以确保水和养分不受限制，从而满足植物完成生长和发育的需要。
4个T1事件在T2世代中按照如用于T1世代的相同评价方法作进一步评价，但每个事件采用更多的个体。
使植物从播种期直至成熟期通过数字成像箱数次。在每一时间点上，对每株植物从至少6个不同角度拍摄数字图像(2048×1536像素，1600万颜色)。
干旱筛选
在正常培养条件下在盆土中培养来自T2种子的植物，直至到达抽穗阶段。接着将其转移至停止浇水的“干旱”部分。在随机选择的盆中插入湿度探测器，以检测土壤含水量(SWC)。当SWC降至一定阈值之下时，自动对植物持续再浇水直至再次达到正常水平。接着将植物再转移至正常条件。其余培养(植物成熟、种子收获)与不在非生物胁迫条件下培育的植物相同。如正常条件下培养所详细描述的那样记录生长和收获参数。
氮使用效能筛选
在除营养液以外均为正常的条件下在盆土中培养来自T2种子的稻植物。从移植到成熟均使用特定的营养液对盆浇水，其中含有降低的氮(N)含量，通常降低7至8倍。其余培养(植物成熟、种子收获)与不在非生物胁迫条件下培育的植物相同。如正常条件下培养所详细描述的那样记录生长和收获参数。
盐胁迫筛选
在由椰子纤维和argex(3∶1比例)构成的基质上培养植物。在将小植株移植到温室后的前两周使用正常营养液。前两周之后，向营养液中加入25mM盐(NaCl)，直至收获植物。随后测量种子相关参数。
9.2.2统计分析：F-检验
使用双因子ANOVA(方差分析)作为统计模型用于植物表型特征的整体评价。对用本发明基因转化的全部事件的全部植物的所有测量参数实施F检验。实施F检验以检查基因对于全部转化事件的作用并验证基因的整体作用(又称作全局基因作用)。用于真实全局基因作用的显著性的阈值对于F检验设置在5％概率水平上。显著性F检验值标示基因作用，意味着不仅仅基因的存在或位置才造成表型上的差异。
当实施的是具有相互重叠事件的两个实验时，对此进行组合分析。这可用来检验两个实验效果的一致性，如果一致，可积累两个实验的证据以提高结论的置信度。所用的方法是混合模型法，考虑了数据的多级结构(即实验-事件-分离子)。通过比较似然比检验与卡方分布获得P值。
9.2.3测量的参数
生物量相关的参数测量
从播种期直至成熟期，使植物通过数字成像箱数次。在每一时间点上，对每株植物从至少6个不同角度拍摄数字图像(2048×1536像素，1600万颜色)。
植物地上部分面积(或叶生物量)通过计数在来自植物地上部分的数字图像上区别于背景的像素的总数而测定。该值对在相同时间点上从不同角度拍摄的画面进行平均化并且通过校正转化成以平方毫米计的物理表面值。实验证实以这种方式测量的地上部分植物面积与地上植物部分的生物量相关。地上部分面积是在植物已经达到其最大叶生物量的时间点上所测量的面积。早期萌发势是萌发后3周的植物(幼苗)地上部分面积。根生物量的增加被表述为总根生物量(测量为植物寿命中观察到的根的最大的生物量)的增加；或者表述为根/苗指数(测量为根和苗活性生长期中根质量和苗质量的比例)的提高。
早期萌发势通过计数在来自植物地上部分的区别于背景的像素的总数而测定。该值对在相同时间点上从不同角度拍摄的画面进行平均化并且通过校正转化成以平方毫米计的物理表面值。以下描述的结果是针对萌发后三周的植物。
种子相关参数的测量
将成熟的原穗收获、计数、装袋、加条形码标记并且随后在干燥箱内在37℃干燥3日。随后将穗脱粒并且收集及计数全部种子。使用吹气装置分开饱满粒(husk)与空粒。弃去空粒并再次对剩余部分计数。饱满粒在分析天平上称重。饱满种子数通过计数分离步骤后保留下来的饱满粒数而确定。种子总产量通过称量从植物中收获的全部饱满粒而测量。每株植物种子总数通过计数从植物中收获的粒数目而测量。根据计数的饱满种子数及其总重量外推得出千粒重(TKW)。收获指数(HI)在本发明中定义为种子总产量和地上面积(mm2)之间的比值再乘以因子106。每个穗的花总数在本发明中定义为种子总数与成熟的原穗数之间的比率。种子饱满率在本发明中定义为饱满种子数占种子(或小花)总数的比例(以a％表示)。
实施例10：转基因植物的表型评价结果
10.1.IAA2样多肽
在非胁迫条件下，表达包含SEQ ID NO：1中最长开放阅读框的核酸的转基因稻植物的T2代植物的评估结果显示如下。关于转基因植物产生的详细内容参见前面的实施例。
在非胁迫条件下评估转基因稻植物的结果显示如下(表E1)。观察到种子饱满率(fillrate)和收获指数(harvestindex)至少5％的增加，以及千粒重(TKW)2.5％的增加。
表E1
  产量相关性状   相对于对照植物，在转基因植物中增加的百分数
  fillrate   16.3
  TKW   3
  harvestindex   11.1
10.2.NAC10样多肽
第一组实验的结果：
在营养阶段RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物的胁迫耐受性
为了研究在稻中OsNAC10的过表达是否与胁迫耐受性相关，将四周龄的转基因植物和NT植物暴露于干旱胁迫(图5)。NT植物比RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物，在更早阶段开始显示出可见的干旱诱导的损伤症状，例如伴随着叶绿素丢失的叶卷曲和萎蔫。重新浇水后，转基因植物也比NT植物恢复更快。结果，在一些转基因株系已经部分恢复时，NT植物仍受到严重影响(图7)。为了进一步验证胁迫耐受性表型，我们测量了营养阶段转基因和NT对照植物的全部Fv/Fm值(图8)。Fv/Fm值表示在暗适应状态下PS II的最大光化效率(Fv，可变荧光(variable fluorescence)；Fm，最大荧光)。在干旱和低温条件下，Fv/Fm水平在RCc3::OsNAC10和GOS2::OsNAC10植物中比在NT植物中高15％至30％。在中等盐浓度条件下，Fv/Fm水平在两种转基因植物中比NT植物高10％，而在重度盐浓度条件下，水平与NT对照植物保持相似。因此，我们的结果表明，在转基因稻中过表达OsNAC10增加了这些植物在营养阶段主要对干旱和低温胁迫条件的耐受性。
在干旱条件下在根中过表达OsNAC10增加稻谷物产量
RCc3::OsNAC10和NT对照植物二者的表型评价显示，在整个植物的营养生长中没有主要差异。为了研究在田间条件下过表达OsNAC10是否增加了转基因植物的谷物产量，我们将RCc3::OsNAC10和NT对照的3株独立T4纯合系移栽到稻田，并生长至成熟。应用具有两个重复的完全随机设计。然而，在正常田间条件下的RCc3::OsNAC10植物中，与NT对照比较，总粒重增加了5-14％，这似乎是由于增加了饱满谷物的数量(图9，表F)。这些观察促使我们检查在田间干旱条件中生长的转基因稻植物的产量组分。将RCc3::OsNAC10和NT对照的3株独立株系移栽到具有可移动避雨棚的稻田，并在穗抽穗阶段(从抽穗前10天至抽穗后20天)暴露于干旱胁迫。产量参数的统计学分析显示，在干旱条件下谷物产量的减少在RCc3::OsNAC10植物中要显著小于在NT对照中观察到的谷物产量减少。具体而言，在干旱处理的RCc3::OsNAC10植物中，饱满谷物的数量比干旱处理的NT植物高22-47％，取决于转基因株系，这导致总粒重增加了19-29％(图9和表G)。总而言之，我们的结果显示，在根中过表达OsNAC10给予转基因稻在繁殖阶段更高的干旱耐受性，并显著增加了谷物产量。
Figure BDA0000125779480001081
Figure BDA0000125779480001091
在第二组试验中，对于在RCc3启动子控制下用SEQ ID NO：28转化的植物，观察到了种子产量的增加。6株测试株系中的3株具有增加的饱满率，具有14.6％的总体增加(p-值0.0304)。
实施例11：酵母中的转录活性测试
11.1.NAC10样多肽
为了检查OsNAC10和其C端缺失突变体的转录活性，进行了酵母转录活性测定。如前所述(Jeong等人，2009)，通过PCR扩增OsNAC10的全长和C端缺失突变体，并插入到pGBKT7载体(Clontech，Palo Alto，CA)中产生与GAL4DNA结合结构域(BD)的融合。然后通过DNA序列分析验证全部构建体。将构建体引入到酿酒酵母菌株AH109(Clontech)中，并将转化细胞在SD/-Trp培养基上培养3天。将转化克隆铺板在SD/-Trp和SD/-Trp/-His培养基上以测试转录活性。
在酵母细胞中表达GAL4DNA结合结构域-OsNAC10融合蛋白质，测定其活化GAL4结合序列的转录的能力。如在图10中所示，在不存在组氨酸的情况下OsNAC10和OsNAC10(Δ323-460)促进酵母的生长，一旦有至C端区域位置244处的另外缺失，则消除这种促进作用，表明OsNAC10起着转录活化剂的作用。
实施例12：OsNAC10通过胁迫诱导
12.1.NAC10样多肽
稻3’-Tiling微阵列分析
使用由NimbleGen Inc.(http://www.nimblegen.com)生产的稻3’-Tiling微阵列进行表达谱分析，所述稻3’-Tiling微阵列含有保存在IRGSP，RAP1数据库(http://rapdb.lab.nig.ac.jp)中的27,448个基因。可以在http://www.ggbio.com(GreenGene Biotech)找到该微阵列的另外信息包括统计学分析。在微阵列的基因中，20,507个来自具有cDNA/EST支持的典型RAP1序列，并且6,941个基因已经经预测不具有cDNA/EST支持。每一基因设计了10个60-nt长的探针，所述探针开始于终止密码子前60bp并且具有10bp的位置移位，以使10个探针能覆盖基因3’区域内的150bp。以该方式总共设计了270,000个探针(平均大小，60-nt)，以具有75℃至85℃之间的Tm值。将随机GC探针(38,000)用于监测杂交效率，并纳入位于4个角落(225)的置信标记，以辅助重叠图像上的方格。为了鉴定稻中胁迫诱导的NAC基因，制备经历了干旱、高盐浓度、ABA和低温胁迫条件的植物的14日龄稻(稻栽培品种Nipponbare)叶子的总RNA(100μg)。对于高盐浓度和ABA处理，在大约1000μmol m-2s-1的连续光照下，在温室中将14日龄的幼苗转移到含有400mM NaCl或100μM ABA的营养溶液中2小时。对于干旱处理，在大约1000μmol m-2s-1的连续光照下，将14日龄的幼苗风干2小时。对于低温处理，在150μmolm-2s-1的连续光照下，在冷室中将14日龄的幼苗暴露于4℃6小时。为了鉴定在RCc3:OsNAC10、GOS2:OsNAC10植物中上调的基因，制备在正常生长条件下生长的14日龄转基因和非转基因稻(稻栽培品种Nipponbare)幼苗的根组织的总RNA(100μg)。使用Qiagen oligotex柱(Qiagen，Valencia，CA)，根据厂商说明纯化mRNA。为了归一化，以使用用于整修芯片间的信号差异的四分位的cubic alpine归一化方法，和以使用NimbleScan(Workman等，2002；Irizarry等，2003)中应用的中位平滑算法(median polish algorithm)的强壮多芯片分析算法(RobustMulti-Chip Analysis)加工数据。为了评估微阵列分析的重复性，我们用独立制备的总RNA重复实验3次，并使用单因素ANOVA统计学分析每一数据集。
RT-PCR和qPCR分析
如前所报道(Oh等人，2008)制备总RNA。为了通过RT-PCR分析基因，根据厂商说明使用cDNA合成系统(Invitrogen，Carlsbad，CA)。使用用Primer Designer 4软件(Sci-ed Software，Durham，NC)设计的引物扩增PCR产物。使用终浓度各10pM的引物对和2μL(相当于5ng总RNA)作为模板的cDNA实施RT-PCR。PCR以95℃进行10分钟，然后25至29个循环的94℃进行30秒、57℃进行30秒和68℃进行1分钟进行。在2％琼脂糖凝胶上分离扩增产物。为了验证我们的RT-PCR结果，我们用独立制备的总RNA重复每一实验两次。
对于定量实时PCR实验，使用SuperScriptTM III
Figure BDA0000125779480001121
One-Step Quantitative RT-PCR系统(Invitrogen，Carlsbad，CA)。对于PCR反应，根据用于
Figure BDA0000125779480001122
Green qPCR SuperMix-UDG(Invitrogen，Carlsbad，CA)的厂商步骤制备反应组分的主混合物。使用Stratagene Mx3000p Real-Time PCR仪器(Stratagene，La Jolla，CA)进行热循环和荧光检测。PCR以95℃进行10分钟，然后40个循环的94℃进行30秒、57℃进行30秒和68℃进行1分钟进行。为了验证我们的qPCR结果，我们重复每一实验3次。
Northern印迹分析
在土壤中萌发稻(稻栽培品种Nipponbare)种子，并在22℃在温室(16小时光照/8小时黑暗循环)中生长。对于高盐和ABA处理，在大约1000μmol/m2/s的连续光照下，在温室中将14日龄的幼苗转移到含有400mM NaCl或100μM ABA的营养溶液中指定的时间阶段。对于干旱处理，在大约1000μmol/m2/s的连续光照下，将14日龄的幼苗切断并风干指定的时间阶段。对于低温处理，在150μmol/m2/s的连续光照下，在冷室中将14日龄的幼苗暴露于4℃指定的时间阶段。如前所报道(Jang等，2002)进行总RNA的制备和RNA凝胶印迹分析。
为了鉴定胁迫诱导的OsNAC基因，我们使用来自进行了干旱、高盐浓度、ABA和低温的幼苗的14日龄稻叶的RNA，用稻3’-Tiling微阵列(GreenGene Biotech，Yongin，韩国)进行表达谱分析。当平均了3次重复并与未处理叶比较时，发现由于一种或多种胁迫条件，总共18个OsNAC基因上调了1.9倍或更多(P＜0.05)(表H)。18个OsNAC的氨基酸序列的系统发生分析显示存在3个亚群(I至III)(图11)。比较跨度NAC结构域的氨基酸序列鉴定了标志基序，通过标志基序可以区分这些亚群(图9)。例如，标志基序I a-e、II a-c和III a分别对亚群I、II和Ⅲ是特异的。除序列相似性外，每一亚群成员在其对胁迫的应答方面也密切相关。例如，亚群II中基因的表达并不由低温诱导。在该研究中，功能性表征了一个代表亚群I的此种胁迫应答基因OsNAC10(AK069257)。
表H：在胁迫条件下，上调的稻NAC转录因子基因。黑体数字表示在胁迫条件下生长的植物中上调1.9倍以上(P＜0.05)。a：对应基因的全长cDNA序列的数值。b表示3次独立生物学重复的平均值的数值。在http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/(Gene Expression Omnibus，GEO)可以发现这些微阵列数据集。C：通过单因素ANOVA分析P值。登录号：SNAC1、AK067690；OsNAC6、AK068392；OsNAC5、AK102475。
Figure BDA0000125779480001131
  Os09g0497900   2.34   0.003   2.12   0.003   1.03   0.927   0.65   0.146
  Os12g0610600   1.54   0.104   0.45   0.006   4.84   0.000   0.61   0.153
  Os06g0675600   2.92   0.002   1.29   0.313   3.45   0.001   0.56   0.112
  Os07g0684800   17.29   0.000   11.01   0.000   8.33   0.000   0.67   0.401
  Os03g0327100   6.20   0.000   9.44   0.000   2.25   0.012   1.53   0.224
  Os04g0460600   0.65   0.199   0.53   0.044   2.10   0.045   1.12   0.822
  Os02g0579000   2.71   0.002   1.56   0.051   2.14   0.009   1.07   0.48
  III   Os02g0555300   24.78   0.000   2.69   0.008   36.66   0.000   1.06   0.923
  Os01g0862800   2.77   0.010   4.51   0.001   1.20   0.700   2.77   0.046
  Os04g0437000   3.40   0.001   1.39   0.149   4.16   0.000   1.04   0.926
在不同发育阶段的多种组织中表达的OsNAC10的RT-PCR分析显示，其只要表达在根和花(穗)中(图12A)。
还使用来自暴露于高盐浓度、干旱、ABA和低温的14日龄幼苗的叶组织的总RNA进行了RNA凝胶印迹分析(图12B)。与来自微阵列实验的结果一致，OsNAC10的表达受干旱、高盐浓度和ABA诱导，但不受低温诱导。
实施例13：鉴定由过表达的OsNAC10上调的基因
13.1.NAC10样多肽
为了鉴定由于OsNAC10的过表达上调的基因，我们进行了在正常生长条件下GOS2:OsNAC10和RCc3:OsNAC10植物与NT对照比较的表达谱分析。使用提取自都在正常生长条件下生长的这些转基因植物和NT对照植物的14日龄根的RNA样品进行用稻3’-Tiling微阵列的表达谱分析。每一数据集获自3次生物学重复。如在表I、J和K中所列，使用单因素ANOVA的每一数据集的统计学分析鉴定了141个在转基因植物中比在NT植物中受OsNAC10上调3倍或更多诱导的基因(P＜0.05)。具体而言，在两种转基因植物中共同活化了总共38个基因，而有44个和59个基因是分别对RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物特异的。基于在表G和H中所示的我们的微阵列数据，我们在38个共同的靶基因中选出6个(3个胁迫诱导的基因和3个胁迫不诱导的基因)，并通过实时PCR验证其在正常生长条件下，在转基因植物的根中OsNAC10依赖的表达模式(图13，对照)为了测试在胁迫条件下它们的表达水平是否会另外增加，我们测量了暴露于干旱、高盐浓度和低温条件后RCc3:OsNAC10、GOS2:OsNAC10和NT植物的根和叶中该6个基因的转录水平(图13)。如所期望，在GOS2:OsNAC10植物的根和叶中和在RCc3:OsNAC10植物的根中OsNAC10的转录水平比各个NT对照更高。在3种胁迫诱导的靶基因(细胞色素P450、2OG-Fe(II)加氧酶和NCED4)的情况下，在胁迫处理两小时内，在NT根和叶中，它们的转录水平是以多种水平增加的。与胁迫处理的NT植物比较，在胁迫条件下的转基因根中，转录水平也更高。相反，在转基因叶中，它们的转录水平仍与NT对照类似，表明胁迫诱导靶基因的表达在叶中并非是OsNAC10依赖的。同样地，一个胁迫非诱导靶基因，钾转运蛋白KUP3在根中是OsNAC10依赖的，但在叶中不是。令人感兴趣地，两个胁迫非诱导靶基因，Ser/Thr激酶和OPR2的表达在两种转基因植物的根和叶中都是严格的OsNAC10依赖的。由于OsNAC10转录水平在RCc3:OsNAC10叶中并不增加，所以不能证明转基因叶中两种基因的OsNAC10依赖表达。值得注意的是，这两个胁迫非诱导靶基因在RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物二者的根和叶中都显著地以倍数增加(超过100倍)。总而言子，这些结果表明，OsNAC10基因的组成型和根特异性过表达二者通过活化不同的靶基因群增强了转基因植物在营养阶段的胁迫耐受性。
表I：与非转基因对照比较，在RCc3:OsNAC10和GOS2:OsNAC10植物中上调的基因：a：对应基因的全长cDNA序列的数值。b表示3次独立生物学重复的平均值的数值。在http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/(GeneExpression Omnibus，GEO)可以发现这些微阵列数据集。C：通过单因素ANOVA分析P值。
Figure BDA0000125779480001151
Figure BDA0000125779480001161
表J：与非转基因对照比较，在RCc3::OsNAC10植物中上调的基因：a对应基因的全长cDNA序列的数值。b表示3次独立生物学重复的平均值的数值。在http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/(Gene Expression Omnibus，GEO)可以发现这些微阵列数据集。c通过单因素ANOVA分析P值。
Figure BDA0000125779480001171
Figure BDA0000125779480001181
表K：与非转基因对照比较，在GOS2:OsNAC10植物中上调的基因：a对应基因的全长cDNA序列的数值。b表示3次独立生物学重复的平均值的数值。在http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/(Gene Expression Omnibus，GEO)可以发现这些微阵列数据集。c通过单因素ANOVA分析P值。
Figure BDA0000125779480001191
Figure BDA0000125779480001201

Claims (42)

1.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码IAA2样多肽的核酸在植物中的表达，其中所述IAA2样多肽包含AUX/IAA结构域(PFAM登录号PF2309，InterPro entry IPR003311)和由SEQ ID NO：22代表的蛋白质基序。
2.根据权利要求1的方法，其中所述IAA2样多肽包含以下基序的一种或者多种：
(i)基序2，SEQ ID NO：23：(Q/G)LLDG(S/T)G(E/V)YTL
(ii)基序3，SEQ ID NO：24：LLDGSGEYTLVY
(iii)基序4，SEQ ID NO：25：KKLELRLGPPG
其中括号内的氨基酸代表在该位置上的可选的氨基酸。
3.权利要求1或2的方法，其中所述受调控的表达通过在植物中引入和表达IAA2样多肽之编码核酸而实现。
4.权利要求1-3的任一项的方法，其中所述IAA2样多肽之编码核酸编码表A1中列举的任一蛋白质，或者是此类核酸的一部分，或者是能够与此类核酸杂交的核酸。
5.权利要求1-4的任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A1给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
6.任意前述权利要求的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，优选增加的生物量和/或增加的种子产量。
7.权利要求1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。
8.权利要求1-6的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得的。
9.权利要求3-8的任一项的方法，其中所述核酸与组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子有效连接。
10.权利要求1-9的任一项的方法，其中所述IAA2样多肽之编码核酸是植物来源的，优选来自单子叶植物，进一步优选来自禾本科，更优选来自稻属，最优选来自稻。
11.通过权利要求1-10的任一项方法可获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码IAA2样多肽的重组核酸。
12.构建体，包含：
(i)编码如权利要求1或2定义的IAA2样多肽的核酸；
(ii)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选的
(iii)转录终止序列。
13.权利要求12的构建体，其中所述控制序列之一是组成型启动子，优选GOS2启动子，最优选来自稻的GOS2启动子。
14.权利要求12或13的构建体在用于制备植物的方法中的用途，其中所述植物相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量。
15.用权利要求12或13的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
16.用于生产相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物的方法，包括：
(i)在植物中引入和表达如权利要求1或2定义的IAA2样多肽之编码核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。
17.相对于对照植物，具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物或源自所述转基因植物的转基因植物细胞，获得自如权利要求1或2定义的IAA2样多肽之编码核酸受调控的表达。
18.权利要求11、15或17的转基因植物，或源自它的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、黑麦属、一粒系小麦、teff、高粱和燕麦。
19.权利要求18的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选是苗生物量和/或种子。
20.来自权利要求18的植物和/或权利要求19的植物的可收获部分的产物。
21.IAA2样多肽之编码核酸在植物中相对于对照植物增加产量，特别是增加种子产量和/或苗生物量的用途。
22.用于在植物中相对于对照植物增强产量相关性状的方法，包括调节编码NAC10样多肽的核酸在植物中的表达，其中所述NAC10样多肽包含NAM结构域(Pfam PF02365)。
23.根据权利要求22的方法，其中所述NAC10样多肽包含以下基序的一种或多种：
(i)基序I，A/P/S/N/V/T T/V/L/I/A/S T/P/S/D/V/Q D/V/I/F I A/T/G/P，
(ii)基序II，R/N/K E/G/S I/R/S/Q/A/V/L R/Q A/P N/S/R，
(iii)基序III，C/Y R/K L/IN S/Y/H/F/R N/K/Q K D/K/N/C/S/T/G/M/A/R。
24.权利要求22或23的方法，其中所述受调控的表达通过在植物中引入和表达NAC10样多肽之编码核酸而实现。
25.权利要求22-24的任一项的方法，其中所述NAC10样多肽之编码核酸编码表A2中列举的任一蛋白质，或者是此类核酸的一部分，或者是能够与此类核酸杂交的核酸。
26.权利要求22-25的任一项的方法，其中所述核酸序列编码表A2给出的任意蛋白质的直向同源物或旁系同源物。
27.权利要求22至26的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状包括相对于对照植物增加的产量，优选增加的生物量和/或增加的种子产量。
28.权利要求22-27的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在非胁迫条件下获得的。
29.权利要求22-27的任一项的方法，其中所述增强的产量相关性状是在干旱胁迫、盐胁迫或氮缺乏条件下获得的。
30.权利要求24-29的任一项的方法，其中所述核酸与根特异性启动子或者组成型启动子，优选RCc3或者GOS2启动子，最优选来自稻的RCc3或者GOS2启动子有效连接。
31.权利要求22-30的任一项的方法，其中所述NAC10样多肽之编码核酸是植物来源的，优选来自双子叶植物，进一步优选来自禾本科，更优选来自稻属，最优选来自稻。
32.通过权利要求22-31的任一项方法可获得的植物或其部分，包括种子，其中所述植物或其部分包含编码NAC10样多肽的重组核酸。
33.构建体，包含：
(i)编码如权利要求22或23定义的NAC10样多肽的核酸；
(ii)能够驱动(a)的核酸序列表达的一个或多个控制序列；和任选的
(iii)转录终止序列。
34.权利要求33的构建体，其中所述控制序列之一是根特异性启动子或者组成型启动子，优选RCc3或者GOS2启动子，最优选来自稻的RCc3或者GOS2启动子。
35.权利要求33或34的构建体在用于制备植物的方法中的用途，其中所述植物相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量。
36.用权利要求33或34的构建体转化的植物、植物部分或植物细胞。
37.用于生产相对于对照植物具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物的方法，包括：
(i)在植物中引入和表达如权利要求22或23定义的NAC10样多肽之编码核酸；和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培养植物细胞。
38.相对于对照植物，具有增加的产量，特别是增加的生物量和/或增加的种子产量的转基因植物或源自所述转基因植物的转基因植物细胞，获得自如权利要求22或23定义的NAC10样多肽之编码核酸受调控的表达。
39.权利要求32、36或38的转基因植物，或源自它的转基因植物细胞，其中所述植物是作物植物或单子叶或谷物，例如稻、玉米、小麦、大麦、粟、黑麦、黑小麦、高粱、野小麦、德国小麦、黑麦属、一粒系小麦、teff、高粱和燕麦。
40.权利要求39的植物的可收获部分，其中所述可收获部分优选是苗生物量和/或种子。
41.来自权利要求39的植物和/或权利要求40的植物的可收获部分的产物。
42.NAC10样多肽之编码核酸在植物中相对于对照植物增加产量，特别是增加种子产量和/或苗生物量的用途。
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