[发明专利]处理植物中的水分胁迫

说明书

本发明涉及是6‑磷酸海藻糖或6‑膦酸海藻糖或其农业上可接受的盐的对光不稳定的化合物在处理植物中的水分胁迫中的方法和用途。本发明还涉及这些化合物用于水分胁迫的植物的复苏的方法和用途，以及用于与未经处理的植物相比提高在水分胁迫条件下的作物的产量的方法和用途。

发明领域

本发明涉及增加植物中6-磷酸海藻糖(Trehalose-6-Phosphate)(T6P)的量或浓度的对光不稳定的化合物以及这些化合物用于处理在广泛的植物物种中的水分胁迫的方法和用途。本发明还涉及这些化合物用于水分胁迫的植物的复苏的方法和用途，以及用于与未经处理的植物相比提高在水分胁迫条件下的作物植物的产量的方法和用途。

背景

全球作物产量必须在接下来的35年翻一番以满足对食物的预计需求(Ray等人，2013，PLoS ONE 8，e66428；Grassini等人，2013，Nat Commun 4，doi:10.1038/ncomms3918)。这个要求是在前所未有的气候变化的时候到来的(Lobell和Tebaldi，2014，Environmental Research Letters 9，074003)。

当前的作物改良方法没有跟上所需的作物产量增加(Ray等人，2013，PLoS ONE 8，e66428)。

对于作物产量的大幅提高的这个要求是在全球水资源减损、干旱频率增加(中度和重度两者)以及干旱强度增加(UN 2012)的背景下制定的。水分胁迫在植物中已经非常普遍，并且已知其限制所有主要作物物种的生产量。例如，在美国大约80％的农业用地每年都经历干旱(美国农业部经济研究局(United States Department of Agriculture,Economic Research Service)，2012)。在关键的生长阶段，即使是季节性的轻度或中度水分胁迫，在具有有限的灌溉的系统中或仅依靠降水的系统中也可能导致大幅产量下降(10％-20％)。由于80％的全球农业是在雨水供养的(rain-fed)而不是灌溉的农业系统中进行的，并且这些系统中的许多都出现极度缺水，如果要满足对于食品生产的阶跃变化的迫切需要，在水有限的环境中增加作物产量必须被优先考虑。因此，存在对于开发新的策略来解决田地中的植物水分胁迫的持续需求。

海藻糖途径长期以来一直涉及水分胁迫，并且先前已经使用建立在遗传修饰(genetic modification)上的方法(例如参见WO 97/42326)被作为目标。然而，以海藻糖途径作为目标的GM方法已经产生了与T6P和耐旱性相关的相当混乱的局面。一些以海藻糖途径作为目标的实验表明，导致植物中T6P水平增加的转基因方法赋予包括拟南芥(Arabidopsis)、水稻和马铃薯的模型植物的抗旱性(Holmstrom等人，1996，Nature 379:683-684；Romero等人，1997，Planta 201:293-297；Lee等人，2003，Mol Breeding 11:1-13；Karim等人，2007，Plant Mol Biol 64:371-386；Miranda等人，2007，Planta 226:1411-1421；Garg等人，2002，PNAS 99:15898-15903；Jang等人，2003，Plant Physiol 131:516-524；Li等人，2011，Planta 234:1007-1018)。

另外，该途径的遗传操纵已经示出具有一系列与水分胁迫无关的其他的多效作用，例如在萌芽期间改变对激素的响应(Debast等人，2011，Plant Physiol.156:1754-1771)，并且具有海藻糖水平改变的许多植物表现出发育缺陷和严重异常的形态表型，例如矮化生长、种子数减少、不结果实、异常根发育和柳叶形叶片(综述于Avonce等人，(2004)Plant Physiol.136:3649-3659)。

海藻糖在赋予水分胁迫抗性方面的任何作用尚不清楚。虽然遗传修饰(GM)允许一些方法(Campos等人，2004，Field Crops Res 90:19-34)，但其具有时间和战略上的限制，并且在世界各地(尤其是在欧洲)不被接受为一种方法。