[发明专利]转基因在棉花中的保卫细胞特异性表达

说明书

在一个方面中，本申请披露了一种棉花植物细胞，该棉花植物细胞包括：(a)一种嵌合基因，该嵌合基因包括一种第一核酸序列，该第一核酸序列包括SEQ ID NO：1的至少700个连续核苷酸或与其具有至少80％序列一致性的一种核酸序列，这些序列中任一者具有气孔优先启动子活性；(b)一种编码感兴趣的表达产物的第二核酸序列；以及(c)一种转录终止和多腺苷酸化序列。此外，本申请披露了以下：一种棉花植物，在胁迫条件下、在棉花中表达转基因的方法，生产棉花植物的方法，检测转基因在胁迫条件下的表达的方法以及用于调节棉花植物对胁迫的抗性的方法，如在权利要求书中所表征的。

近些年来，全球变暖、减少的淡水供应的现象以及两者对作物植物生产的作用已经成为一个关键问题。在植物科学水平解决这个难题几乎唯一地是应付植物胁迫的问题。现在，国际农业和环境研究机构重新发现植物胁迫是全球变暖对当地和全球的粮食生产的作用的主要组分。用于满足这些挑战的研究涉及在广泛发散的学科中的知识，例如大气科学、土壤科学、植物生理学、生物化学、遗传学、植物育种、分子生物学、以及农业工程。

非生物植物环境胁迫构成对作物生产的主要限制。在全世界具有当代经济重要性的主要植物环境胁迫是水胁迫(包括干旱和洪水)、寒冷(低温和冻害)、高温、盐度、水涝、土壤矿物质缺乏、土壤矿质毒性以及氧化胁迫。这些因素都不是孤立的，而是相互关联并且相互影响。

脱落酸(ABA)是在许多植物发育过程(包括芽休眠)中发挥作用的一种植物激素。此外，ABA在植物中介导对水胁迫、高盐胁迫、寒冷胁迫(Mansfield(曼斯菲尔德)1987，Yamaguchi-Shinozaki(山口-筱崎)1993，Yamaguchi-Shinozaki(山口-筱崎)1994)以及植物病原茵(Se0(赛欧)和Koshiba(小芝)，2002)的反应的胁迫应答。ABA是部份地经由叶绿体以及其他质体中的甲羟戊酸途径而产生的倍半萜类化合物(15-碳)。它部份地在叶绿体中合成并且因此生物合成主要发生在叶里。ABA的生产通过胁迫(例如水分流失和冷冻温度)而增加。人们相信，生物合成间接地通过类葫萝卜素的产生而发生。

已知与脱落酸相关联的生理应答包括气孔关闭的刺激，新梢生长的抑制，种子中贮藏蛋白合成的诱导以及赤霉素对刺激α-淀粉酶的从头合成的作用的抑制。

植物与植物之间的基础ABA水平可以非常不同。例如，在非胁迫拟南芥叶中的ABA的基础浓度是2至3ng／g鲜重(Lopez-Carbonell(洛佩兹-卡博内尔)和Jàuregui(豪雷吉)，2005)。在水胁迫条件下，ABA浓度达到是10至21ng／g鲜重。在另一方面中，在非胁迫棉花中，叶中的ABA浓度在145至2490ng／g鲜重之间变化(Ackerson(阿克森)，1982)。

保卫细胞位于叶表皮中并且成对地围绕气孔，这允许用于光合作用碳固定的CO₂流入以及经由蒸发向大气中的水分流失。保卫细胞中的信号转导机理整合了众多不同的刺激素用于调节气孔开度。气孔响应光而开放。响应干旱胁迫，植物合成触发气孔关闭的ABA。离子和水通过通道蛋白而转运穿过质膜和液泡膜改变膨胀和保卫细胞体积，由此调节气孔开度(Pandey(潘迪)等人，2007；Schroeder(施罗德)等人，2001；Kim(金姆)等人，2010)。

如今，在农业实践和研究中的一个主要挑战是如何以一种经济并且环境可持续的途径来应付植物环境胁迫。鉴于已经存在的向非生物胁迫暴露的区域以及进行中的气候变化，改善或赋予对至少一种非生物胁迫的耐受性的转基因植物的供应仍然是一个主要目标，以也实现在全世界向此类非生物胁迫暴露的区域中的令人满意的营养状况。

因此，在一个方面中，本申请披露了一种棉花植物细胞，该棉花植物细胞包括一种嵌合基因，该嵌合基因包括：(a)一种第一核酸序列，包括SEQ ID NO：1的至少700个连续核苷酸或与其具有至少80％序列一致性的一种核酸序列，这些序列中任一者具有气孔优先或气孔特异性启动子活性；(b)一种编码感兴趣的表达产物的第二核酸序列；以及(c)一种转录终止和多腺苷酸化序列。

在本说明书中引用了许多文件，包括专利申请和制造商手册。这些文件的公开内容被认为与本发明的专利性无关，通过引用以其全文形式而特此结合。更确切地说，所有对比文件通过引用而结合，该引用的程度如同每个单独的文件被特定地并且单独地指明通过引用并入本文一样。