[发明专利]改变植物开花时间的方法

说明书

                      相关申请

本申请要求1999年2月25日临时申请No.60/121,572和1999年3月9日临时申请No.60/123,455的优先权。

              有关政府资助研究或开发的声明

待定。

                     发明领域

本发明涉及通过基因工程改变植物的开花时间。具体地说，本发明涉及通过操控开花基因座(FLC)基因家族的活性来控制开花时间。

                     发明背景

植株由营养性生长转向开花是植株生命周期中一个重要的发育转变。开花的开始时间对于野生型植物的成功繁殖至关重要，大多数植物都已进化形成了可准确调节开花时间的系统。这些系统同时监测环境信号和植物的发育状态，从而控制开花过程。

所监测的两种常见环境信号是光周期和温度。在光周期响应性植物中，由叶子感知日照时间，开花信号似乎是由叶子转移到分生组织的(Zeevaart，光与开花过程，Process，eds.，D.Vince-Prue，B.Thomas&K.E.Cockshull，137-142，AcademicPress，Orlando，1984)。低温可通过被称为春化作用的过程促进开花。春化直接作用于分生组织，可能是通过使得它们能够认知开花信号发挥作用(Lang，植物生理学百科，ed.，W.Ruhland，15(第1部分)，1371-1536，Springer-Verlag，Berlin，1965)。其他可影响开花的环境信号包括光的质量和营养状况。

植物的发育状态也会影响开花时间。大多数植物都会经历一个开花被抑制的不成熟期，最后过渡到成熟期，此时植物已具备了开花的条件(Poethig，科学，250，923-930，1990)。“阶段转变”使得植物可达到适当的大小以适合开花繁殖。

在谈到开花时，发育性的开花途径通常指自发性的，以表示与环境改变无关。然而，自发性和环境性途径不可能完全割裂。例如，烟草中的日-中性品种在形成一定数量结瘤后开花，因而可归为完全通过自发途径开花的品种，但是，嫁接研究发现，日-中性和光周期响应性烟草对类似的可转移开花信号有响应(Lang等，美国科学院院报，74，2412-2416，1977；McDaniel等，植物杂志，9，55-61，1996)。因此，这些途径潜在的生物化学反应似乎是保守性的。

对几个品种的基因分析已鉴定到了影响开花时间的基因。对开花时间基因最广泛的基因研究是对拟南芥进行的。在拟南芥中，曾用两种方法鉴定了开花时间基因。方法之一是在早开花的品种内诱导会影响开花时间的突变。这样的突变会延迟开花，或使得开花更早。延迟开花的突变鉴定其野生型作用为促进开花的基因，提早开花突变鉴定抑制开花的基因。以拟南芥进行的研究已鉴定了20个以上经突变可特异性地影响开花时间的基因座，以及影响开花又影响其他发育过程的其他几个基因座(例如，det2，copl，gal和phyB)(Koornneef等，植物生理学植物分子生物化学年度回顾，49，345-370，1998；Weigel，遗传学年度回顾，29，19-39，1995)。

鉴定开花时间基因的另一种方法是确定自然发生的开花时间改变的基因基础。虽然实验室常用的拟南芥品种是早开花型的，但大多数拟南芥是晚开花型的。晚开花品种与早开花品种的区别之一在于，晚开花品种在两个基因座：FRIGIDA(FRI)开花基因座(FLC)处具有抑制开花的显性等位基因(Sanda等，植物生理学，111，641-645，1996；Lee等，植物学杂志，6，903-909，1994；Clarke等，分子基因遗传学，242，81-89，1994；Koornneef等，植物学杂志，6，911-919，1994)。