[发明专利]导致单性结实坐果的经修饰的基因

说明书

本发明涉及经修饰的基因，其能够诱导单性结实。本发明还涉及经修饰的基因在植物中诱导单性结实的用途，涉及获得经修饰的基因的方法，并且涉及鉴定这样的经修饰的基因的标记的用途。

本发明还涉及具有能够诱导单性结构的经修饰的基因的植物，以及涉及获得此类植物的方法并且涉及获得单性果实的方法。

通常在柱头授粉和随后胚珠受精之后在植物上形成果实。导致种子成形(seed set)和果实发育的授粉和受精的成功由复杂的过程调节，其中各种内源因素如激素、碳水化合物和各种酶发挥重要作用。已知涉及该机制的关键激素是例如细胞分裂素、脱落酸、乙烯、植物生长素、菜籽类固醇和赤霉素。每种激素的相关性在不同植物种之间差异很大。

种子成形和果实发育是基础的和紧密相连的植物过程。因此，大多数情况下，果实形成需要受精作为启动的触发因素，控制和指导这些过程的内源因素正紧密相互作用。这种依赖性最有可能的原因在于果实的主要功能是在种子和胚的发育过程中保护它们。此外，果实的发育需要大量的能量，如果没有种子发育，这将是生物学上的浪费。另外，当例如可食用的果实被动物和人类吃掉时，果实可以作为促进成熟种子传播的方式。

除了影响种子成形和果实发育的内源因素外，外源或环境因素也起着重要的作用。温度、干旱、大量水分、湿度、日长和营养物质的可获得性以及昆虫和疾病的存在可能会影响正常的花发育、配子形成、授粉、受精以及果实和种子发育。如果任何这些因素都不是最佳的，那么依赖于可获利产量的果实数量的种植者可能会面临收入的减少。由于大多数作物缺乏授粉、受精和/或种子发育，不会导致果实生长，早期果实发育期间的有利条件对获得最佳产量至关重要。

在几种作物中，已经尝试获得没有种子的果实，因为这通常是消费者欣赏的非常理想的特征。此外，获得无籽果实的可能性对于种植者而言也是有利的，因为他们对环境状况的依赖越来越小。无籽果实也可能是加工业的主要优点，因为在加工过程中不需要从果实中除去种子。显然，无籽果实的发育并不是一个容易达成的目标，因为这些果实缺乏受精和种子形成，这是启动果实发育的常见触发因素。

然而，在一些作物中，这一目标已经达成。对于一些作物，可以通过生长调节剂如植物生长素、细胞分裂素或赤霉酸的外源施用来诱导单性果实的发育。但是，这具有各种负面的方面，因为它增加成本，可能导致果实变形或其他缺陷，并不总是被消费者所欣赏。另外，这种外源诱导的单性结实只能在某些作物中起作用。

获得无籽果实的另一种方法是使用三倍体，这是例如香蕉和西瓜中的常见方法。然而，这使得培育复杂化，因为需要营养繁殖(香蕉)或使用四倍体亲本(西瓜)。另外，在西瓜中需要授粉诱导果实发育。

获得无籽果实的另一个选择是使用或修饰作物的单性结实的遗传能力，这是在没有授粉或受精的情况下坐果(set fruit)的能力。在黄瓜、柑橘和某些种类的葡萄中已成功开发，并且在番茄中也是可能的。当具有兼性单性结实能力的植物柱头授粉时，果实仍然会发生种子成形(set seed)，但在没有授粉的情况下，就会发育成无籽果实。在具有专性单性结实的植物中，即便授粉也不会导致种子成形。当具有单性结实的目的是获得没有种子的果实，而不是在困难的环境条件下获得果实时，必须发现阻止授粉的手段。例如通过使用全雌植物、自交不亲和性或雄性不育来达到阻止授粉。

在某些作物中，开发无籽果实的愿望是高度优先的，但到目前为止，还没有能够通过利用遗传基础来实现这一愿望。这些作物之一是甜瓜(Cucumis melo)，其包括许多果实类型。甜瓜植物显示各种性别表现表型，从全雌性到全雌雄同株，其中最常见的是雌雄同株的和雄全同株的。遗憾的是，与相关种黄瓜(Cucumis sativus)不同，没有发现天然的单性结实。但是不能将黄瓜和甜瓜相互杂交以例如从黄瓜将单性结实渐渗入甜瓜。

本发明的目的是提供在植物中诱导单性结实的遗传基础。

在得到本发明的研究期间，产生了显示单性结实坐果(fruit set)的突变体甜瓜植物。发现这种单性结实是PIN4基因中突变的结果。

因此，本发明涉及经修饰的PIN4基因，其野生型如SEQ ID No.1所示，编码SEQ ID No.5的蛋白质，或者其野生型编码与SEQ ID No.5具有至少80％的序列相似性的蛋白质，作为修饰的结果，所述经修饰的PIN4基因编码包含氨基酸改变的蛋白质，并且当经修饰的蛋白质存在于植物中时，该经修饰的蛋白质能够诱导单性结实坐果。氨基酸改变是如与蛋白质的野生型氨基酸序列相比。