[发明专利]具有增加的纤维特异性表达的重组启动子

说明书

发明领域

本发明涉及植物分子生物学和农艺学。描述了在植物(例如棉花植物)纤维中优先地或选择性地表达感兴趣的基因的材料和方法。具体地，本发明提供了新颖的具有增强的纤维选择性的重组或嵌合启动子、启动子区和表达盒，它们可以用于在棉花植物中实现纤维优先性或纤维选择性表达。

背景

棉花纤维是世界上唯一最重要的纺织原料。全球每年收获约八千万英亩棉花。按英亩土地面积生产量而言，棉花是美国第五大作物，在2006年至2008年平均种植一千零三十万英亩。世界范围内种植的棉花中大约90％是陆地棉(Gossypium hirsutum L.)，而海岛棉(Gossypium barbadense)占大约8％。因此，育种中的主要努力是通过经典方法或通过遗传改变棉花植物的基因组来调节棉纤维特征以更好地适应工业及消费者的需要。要实现的目标包括增加的棉绒纤维长度、强度、可染性，纤维成熟度比、纤维均匀性，减少的绒毛纤维生产、未成熟的纤维含量以及马克隆尼值。

棉花纤维发育是在大量基因的调节下的多阶段过程，其中许多基因在发育的纤维细胞中是上调的或高度表达的(李(Li)，C.H.等人，2002，植物科学(Plant Sci)163:1113-1120；鲁安(Ruan)等人，2003，植物细胞(Plant Cell)15:952-964；王(Wang)等人，2004，植物细胞16:2323-2334；李等人，2005，植物细胞17:859-875；罗(Luo)等人，2007，植物杂志(Plant Journal)51:419-430)。

每个棉花纤维是起始于胚珠的外珠被的表皮的分化的单表皮细胞。大约地每一棉铃生产50万纤维，一些形成绒毛并且一些形成棉绒。将表皮细胞分化成纤维需要一个在细胞结局中的转变，该转变是一个涉及遗传、生理学和发育“转变”的基本生物过程。然而，仅约25％-30％的表皮细胞分化成为商业上重要的棉绒纤维。大多数细胞不分化成纤维或发育成短纤维或绒毛。遗传突变、多倍性、授粉/受精、以及激素调节可以影响发展成为纤维的细胞数量或改变纤维细胞特性(绒毛对棉绒)。

棉花纤维的发育始于开花(anthesis或flowering)当天，并且分为四个不同但重叠的阶段：开花后立即开始并持续长达开花后3天的纤维细胞起始(DPA)、伸长(3至20个DPA)、次生壁生物合成(15-35个DPA)以及成熟(45-60个DPA)(巴士拉(Basra)&马利克(Malik)1984，国际细胞学评论(Int Rev of Cytology)89:65-113；格雷夫斯(Graves)和斯图尔特(Stewart)，1988，实验植物学杂志(J.Exp.Bot.)39(1):59-69；拉姆齐(Ramsey)和柏林(Berlin)，1976，美国植物学杂志(American Journal of Botany)63(6):868-876；鲁安(Ruan)和舒瑞(Chourey)，1998，植物生理学(Plant Physiology)118:399-406；鲁安等人2000，澳大利亚植物生理学杂志(Aust.J.Plant Physiol.)27:795-800；斯图尔特，1975，美国植物学杂志(Am.J.Bot.)62,723-730)。前三个阶段发生在纤维细胞存活并积极生长时，而成熟发生在含有白色蓬松纤维的棉铃打开之后，并且成熟是形容成熟纤维的干燥。

这些发育阶段通过纤维细胞中多种基因的有序表达来调节，其中一部分基因是纤维特异性的并因此被认为在纤维发育期间起主要作用。纤维特异性基因的启动子可以通过限制对纤维细胞的转录来调节基因功能(德兰尼(Delaney)等人2007，植物细胞生理学(Plant Cell Physiol.)48(10):1426-1437)。

已经描述了控制或调节这种纤维优先性或纤维特异性基因的表达的各种启动子，并且也已经被用于遗传地修饰纤维特征。