[发明专利]在甜菜和甘蔗的农业生产中增加蔗糖产量的方法

说明书

本发明涉及能够降低植物细胞中转化酶酶活性的核酸的用途，以及增加甜菜和甘蔗的农业栽培中蔗糖产量的方法。

甜菜是两年生植物。营养生长(vegetative growth)发生在发育的第一年，其中植物发育出莲座叶，并形成初生根、甜菜体(beet body)。在第二年，生殖生长期(generative phase)，形成花序和种子。甜菜生产的特殊生理特征是蔗糖的积聚和储存主要发生在第一个生长年(vegetation year)。因此为了生产蔗糖，在发育的营养生长阶段收获甜菜。

就甜菜体的生长以及蔗糖产量而言，数十年来在甜菜培育方面的努力已取得令人瞩目的成功。尽管如此，这些改善仍未令人满意，尽管如今甜菜体的蔗糖浓度已达到甜菜鲜重的15-20％。

从EP 0956357B1已知用于产生转基因植物(具有降低了的储存相关蔗糖损失)的核酸的用途，所述核酸编码能够降低转化酶酶活性的多肽。这篇文献没有提供如下的提示，即借助转化酶抑制剂以增加植物的蔗糖储存器官中蔗糖浓度的可能性。

此外，EP 1346054B1公开了植物液泡转化酶的抑制。这篇文献也仅仅描述了改善了的植物储存稳定性而没有蔗糖浓度的增加。

因此本发明的目的是进一步增加植物的蔗糖储存器官中的蔗糖浓度。本发明的目的特别是提供用于甜菜和甘蔗的农业栽培的方法，利用该方法可以增加蔗糖产量。

根据本发明，对该问题的解决在于使用能够降低植物细胞中转化酶酶活性的核酸以形成植物的蔗糖储存器官，其中与类似发育阶段中相同基因型的未改变的对照蔗糖储存器官的蔗糖浓度相比，蔗糖浓度增加。

然而到目前为止，蔗糖浓度和甜菜体产量还是负相关的，即，具有较高蔗糖浓度的品种所提供的甜菜体产量比具有较低蔗糖浓度的品种低。其原因在于，具有高蔗糖浓度的甜菜形成更小的甜菜体。

Milford在1973年已经尝试解释甜菜中蔗糖浓度与甜菜体产量的负相关。之后建立了甜菜重量与薄壁组织储存细胞的大小之间的联系。大的薄壁组织细胞相应地显示出比小的薄壁组织细胞更低的蔗糖浓度。

在新品种中蔗糖浓度与甜菜体产量仍然是负相关的，尽管不像之前描述的那样紧密相关(Campbell and Kern 1983，Hoffmann and2002)。因此栽培法的进展还只是导致蔗糖浓度和甜菜产量之间负相关性的改化，而并没有导致这种关系的根本性改变(图1)。

上述甜菜中蔗糖浓度和蔗糖储存器官产量之间的负相关对于甘蔗而言原则上也是适用的。

出人意料地，现在发现通过根据本发明的核酸(其可用于在植物细胞中降低转化酶的酶活性)的使用，也可以导致降低或消除蔗糖浓度与蔗糖储存器官产量(甜菜体产量或甘蔗秆产量)之间的负相关。

具体来说，本发明核酸的使用可通过蔗糖浓度X个百分点的提高而导致蔗糖储存器官产量的降低，其中蔗糖储存器官产量的降低总计最高达5X％。

根据本发明的一个具体实施方案，通过对可用于在植物细胞中降低转化酶酶活性的核酸的使用，从而使蔗糖储存器官产量不改变变或增加。

因此，蔗糖浓度的增加例如2个百分点，就蔗糖储存器官产量的降低来说，导致最高10％的降低。然而，通常蔗糖浓度的增加也还导致蔗糖储存器官产量的增加，这样蔗糖储存器官的蔗糖浓度与蔗糖储存器官产量就不是负相关的。

就甜菜而言，蔗糖浓度表示甜菜鲜重中蔗糖的量，即百分比。对于“甜菜体产量”应理解为无土的(erdfrei)、最好是经去头的甜菜的鲜重。以甜菜体产量乘以蔗糖浓度，即得到蔗糖产量。

同样对于甜菜的例子，基于下文给出的实例计算来说明本发明的优点。

特别适宜用作降低转化酶的酶活性的核酸是编码转化酶抑制剂的核酸。转化酶抑制剂最早描述是在马铃薯中(Schwimmer et al.1961)。已知其来自甜菜、番茄和烟草(Pressey 1968，Pressey 1994，Weil et al.1994，Rausch and Greiner 2004)。但是，尽管转化酶抑制剂是本领域已知的，迄今为止没有预料到通过此多肽可以增加甜菜体的蔗糖浓度。特别是，仍不知道通过其还可以使蔗糖浓度和蔗糖储存器官产量之间的负相关产生变化。

另一方面，各种转化酶抑制剂的可用性也为这种新用途提供了良好基础。因此，可以容易地鉴定出或者获得编码能够降低转化酶酶活性的多肽的核酸并用于甜菜和甘蔗，亦即通过育种的方式以及遗传工程的方法。