РАСТЕНИЯ SOLANUM LYCOPERSICUM С ПОВЫШЕННОЙ УРОЖАЙНОСТЬЮ Российский патент 2019 года по МПК C07K14/415 A01H5/00 A01H5/10 A01H5/08 

Настоящее изобретение относится к растениям Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью и к семенам или плодам указанных растений Solanum lycopersicum. Настоящее изобретение относится также к способам повышения урожайности растений Solanum lycopersicum. Кроме того, настоящее изобретение относится к плодам и семенам указанных растений Solanum lycopersicum.

Растения Solanum lycopersicum, называемые также как Lycopersicon lycopersicum (L.) или Lycopersicon esculentum, широко известны как растение томат. Выращивание вида томата родом из южноамериканских Анд, и его употребление в пищу было начато в Мексике, а затем распространилось по всему миру после испанской колонизации Америки. В настоящее время повсеместно выращивается множество сортов томата либо в полевых условиях, либо в теплицах в более холодном климате.

Томаты (помидоры) употребляются в пищу в разном виде, в том числе в свежем виде (сырыми) и в качестве компонента во многих блюдах, соусах, салатах и напитках. В то время как в ботанике помидор рассматривается как плод (ягода), в кулинарии он считается овощем. Помидоры богаты ликопином, который может оказывать полезное действие на здоровье. Solanum lycopersicum относится к семейству пасленовых - Solanaceae. В типичных случаях растения вырастают до 1-3 метров в высоту и имеют слабый стебель, который зачастую стелется по земле и обвивает другие растения. В естественной среде обитания томат является многолетником, хотя в условиях умеренного климата часто выращивается в открытом грунте как однолетник. Средний обычный помидор весит примерно 100 граммов, хотя известны более мелкие и более крупные сорта.

Ввиду экономической важности растений Solanum lycopersicum в области селекции растений отмечается непреходящее желание повысить урожайность этих растений.

В течение последних десятилетий селекция была сосредоточена в основном на урожайности, устойчивости к возбудителям болезней и аспектах качества плодов, таких как равномерное созревание и вкус. Улучшение урожайности достигалось с помощью новых методов производства, улучшения защиты растений от вредителей и создания сортов, которые были более пригодны для новых методов производства. Новые сорта, дающие на 5 или 15 плодов больше с одного растения, обеспечивали повышение урожайности на 2-4%.

Созданию сортов с повышенной урожайностью препятствовала нехватка знаний касательно аспектов, определяющих урожай томатов. Высказывалось предположение, что сорт томатов с двумя листьями между соцветиями вместо традиционных трех листьев должен сместить ассимиляцию в сторону плодов, что приведет к повышению урожайности при сохранении индекса листовой поверхности (LAI).

Культивируемые сорта Solanum lycopersicum с двумя листьями между соцветиями описаны в WO 2009/021545. WO 2009/021545 раскрывает, что промотор SP3D, обнаруженный в диком родственнике Solanum lycopersicum, т.е. в Solanum pennelli, способен обеспечить растение Solanum lycopersicum с двумя листьями между соцветиями и повысить, тем самым, его урожайность. Однако последующие эксперименты показали, что фенотип с двумя листьями между соцветиями, полученный, например, интрогрессией гена SP3D (или его промотора) Solanum pennelli в Solanum lycopersicum, не всегда является стабильным, что препятствует улучшению урожайности получаемого потомства.

Целью настоящего изобретения, наряду с другими целями, является создание растений Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью. Еще одной целью настоящего изобретения является стабилизация фенотипа с двумя листьями между соцветиями для дополнительного повышения урожайности растений Solanum lycopersicum.

Вышеуказанная цель, наряду с другими целями, достигается с помощью настоящего изобретения путем создания растения Solanum lycopersicum, как заявлено в прилагаемой формуле изобретения.

В частности, вышеуказанная цель, наряду с другими целями, достигается с помощью растений Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, содержащих гены SP3D и SP (или по меньшей мере промоторную последовательность этих генов) растения Solanum pennelli.

Авторам настоящего изобретения неожиданно удалось установить, что сочетание обоих генов (SP3D и SP) Solanum pennelli в Solanum lycopersicum стабильно обеспечивает "фенотип с двумя листьями между соцветиями", способствуя тем самым повышению общей урожайности растений Solanum lycopersicum. Что касается повышенной урожайности, то наблюдаемый процент увеличения количества соцветий доходил до 30%.

В контексте настоящего изобретения под термином "ген" следует понимать локализируемый участок последовательности генома, соответствующий единице наследственности, которая ассоциирована с регуляторными участками, транскрибируемыми участками и другими функциональными участками последовательности. Настоящий термин "ген" по меньшей мере обозначает геномную последовательность, включающую промоторную область и транскрибируемую или кодирующую область.

Растительный вид Solanum pennelli является близким диким родственником растения томат. Гены Solanum pennelli можно легко вводить в растения Solanum lycopersicum либо традиционной интрогрессией, либо современными методами молекулярной биологии, такими как трансформация. С учетом генетически близкого сходства генов SP и SP3D других близких родственников растения томат в контексте настоящего изобретения предлагается также использование генов SP и SP3D (или по меньшей мере их промоторов) и этих родственных растений, таких как Solanum neorickii, Solanum chmielewskii, Solanum chilense, Solanum parviflorum, Solanum pimpinellifolium и Solanum peruvianum.

Транскрибируемая область указанного гена SP3D кодирует белок, содержащий аминокислотную последовательность, которая по меньшей мере на 90%, например, на 91, 92, 93 или 94%, предпочтительно - по меньшей мере на 95%, например, на 96, 97, 98 или 99%, более предпочтительно - в основном на 100% идентична последовательности SEQ ID No. 1. В контексте настоящего изобретения идентичность последовательности указывает количество последовательных идентичных аминокислот в данной последовательности, деленное на общее количество аминокислот данной SEQ ID No. и умноженное на 100%.

Транскрибируемая область указанного гена SP кодирует белок, содержащий аминокислотную последовательность, которая по меньшей мере на 90%, например, на 91, 92, 93 или 94%, предпочтительно - по меньшей мере на 95%, например, на 96, 97, 98 или 99%, более предпочтительно - в основном на 100% идентична последовательности SEQ ID No. 2.

Следует заметить, что указанный стабильный фенотип "с повышенной урожайностью", обеспечиваемый комбинацией генов SP3D и SP Solanum pennelli в Solanum lycopersicum, может быть обусловлен регуляцией транскрипции обоих генов, а не кодируемого белка. В частности, по меньшей мере промоторная область, т.е. область генома перед транскрибируемой последовательностью, регулирующей транскрипцию, является ответственной за наблюдаемый эффект. Другими словами, указанный признак "повышенная урожайность" можно объяснить различиями в регуляции транскрипции SP и SP3D в Solanum pennelli по сравнению с Solanum lycopersicum. Оперативное введение по меньшей мере промоторных последовательностей обоих генов перед транскрибируемой последовательностью или кДНК-последовательностью, особенно в случае трансгенных растений, обеспечит вышеуказанный фенотип.

Таким образом, согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящее изобретение относится к растениям Solanum lycopersicum, в которых ген SP3D либо кДНК-последовательность находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID No. 3 и/или ген SP либо кДНК-последовательность находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID No. 4.

кДНК-последовательность гена SP3D в контексте изобретения представлена как SEQ ID No. 5, а кДНК-последовательность гена SP - как SEQ ID No. 6.

Согласно настоящему изобретению указанные растения Solanum lycopersicum могут содержать гены SP и SP3D из Solanum pennelli либо в гетерозиготной, либо в гомозиготной форме, т.е. по меньшей мере одна аллель в указанных растениях Solanum lycopersicum включает ген SP Solanum pennelli и по меньшей мере одна аллель в указанных растениях Solanum lycopersicum включает ген SP3D Solanum pennelli. Однако авторам настоящего изобретения неожиданно удалось наблюдать, что дополнительное улучшение урожайности, например, количества соцветий может быть достигнуто в том случае, если один из указанных промоторов или генов присутствует в гомозиготном состоянии, т.е. в обеих аллелях. Оптимальное повышение урожайности достигается тогда, когда оба гена Solanum pennelli присутствуют в гомозиготной форме.

Таким образом, настоящее изобретение согласно особенно предпочтительному варианту его осуществления относится к растению Solanum lycopersicum, в котором указанный ген SP3D (либо по меньшей мере его промотор) Solanum pennelli присутствует в гомозиготной форме, к растению Solanum lycopersicum, в котором указанный ген SP (либо по меньшей мере его промотор) Solanum pennelli присутствует в гомозиготной форме, или к растению Solanum lycopersicum, в котором указанный ген SP3D и указанный ген SP (либо по меньшей мере их промоторы) Solanum pennelli присутствуют в гомозиготной форме. В контексте настоящего изобретения требуемое присутствие промоторов подразумевает промоторы, оперативно связанные с ДНК-последовательностью, кодирующей соответствующие функциональные белки SP3D и SP, либо оперативно связанные с транскрибируемыми последовательностями генов или кДНК-последовательностями.

С учетом заметно повышенной урожайности указанного растения Solanum lycopersicum настоящее изобретение в следующем аспекте относится к способу получения растения Solanum lycopersicum с улучшенной урожайностью, который предусматривает введение в геном растения Solanum lycopersicum указанных генов SP3D и SP Solanum pennelli или их промоторов.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к плодам и семенам указанных растений Solanum lycopersicum. По своей природе плоды и семена согласно этому аспекту настоящего изобретения содержат гены SP3D и SP Solanum pennelli, как определено выше.

Настоящее изобретение более подробно раскрывается в нижеследующем примере. В примере даются ссылки на рисунки, согласно которым:

фиг. 1 показывает число листьев между соцветиями растений Solanum lycopersicum, содержащих ген SP3D Solanum pennelli в отсутствие гена SP Solanum pennelli;

фиг. 2 показывает число листьев между соцветиями различных гаплотипов Solanum lycopersicum. SPpen обозначает присутствие гена SP Solanum pennelli, a SP3Dpen - присутствие гена SP3D Solanum pennelli. SPesc обозначает присутствие гена SP Solanum lycopersicum, a SP3Desc - присутствие гена SP3D Solanum lycopersicum;

фиг. 3 показывает число листьев между соцветиями различных гаплотипов Solanum lycopersicum. SPpen обозначает присутствие гена SP Solanum pennelli, a SP3Dpen - присутствие гена SP3D Solanum pennelli. SPesc обозначает присутствие гена SP Solanum lycopersicum, a SP3Desc - присутствие гена SP3D Solanum lycopersicum.

Пример

Чтобы установить, способен ли ген SP стабилизировать фенотип с повышенной урожайностью, выращивали 100 интрогрессивных растений. В частности, указанные растения были получены интрогрессией SP3D и SP из Solanum pennelli в растение Solanum lycopersicum (или Lycopersicon esculentum). Присутствие обоих генов определяли стандартным молекулярным анализом.

Растения выращивали в стандартных условиях и подсчитывали число листьев между соцветиями. Как показано на фиг. 1, среднее число листьев между соцветиями колебалось от 2 до 3. Кроме того, фиг. 1 показывает, что использование гомозиготного SP3D из Solanum pennelli приводило к меньшему числу листьев между соцветиями, чем когда SP3D был в гетерозиготном состоянии.

Чтобы проверить, способствует ли гомозиготный SP pennelli (SPpen/pen) в большей степени получению фенотипа с двумя листьями между соцветиями, чем гетерозиготный SP pennelli (SPpen/esc) в комбинации с гомозиготным SP3D pennelli (SP3Dpen/pen) или гетерозиготным SP3D pennelli (SP3Dpen/pen), на фиг. 2 строили диаграмму зависимости различных гаплотипов, которые входят в семейство беккроссов (т.е. полученных возвратным скрещиванием), от числа листьев между соцветиями. Из фиг. 2 можно видеть, что, если оба гена SPpen/pen и sP3Dpen/pen присутствуют в растении как гомозиготные pennelli, то среднее число листьев между соцветиями составляет 2, в то время как все другие комбинации обеспечивают в среднем 2,25 листа и больше. По сравнению с фиг. 1, фиг. 2 показывает, что присутствие pennelli способствует стабильности фенотипа с 2 листьями между соцветиями.

Для оценки урожайности изучаемых растений подсчитывали количество соцветий на растениях, полученных интрогрессией как SP3D pennelli, так и SP pennelli в сорт Moneyberg {Solanum lycopersicum) согласно следующей схеме скрещивания:

Растения выращивали в период с июня по октябрь и подсчитывали количество соцветий/растение. Фиг. 3 показывает количество соцветий в 4 разных генотипах. Как можно отчетливо видеть на фиг. 3, если и SP3D pennelli, и SP pennelli присутствуют в гомозиготной форме, то растение показывает увеличение количества соцветий.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к растению Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, содержащему гены SP3D и SP и их промоторные последовательности, а также к его семени и плоду. Также раскрыт способ получения растения Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, предусматривающий введение в геном указанного растения Solanum lycopersicum генов SP3D и SP и их промоторных последовательностей. Изобретение позволяет эффективно получать растение Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью. 4 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Растение Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, содержащее гены SP3D и SP и их промоторные последовательности, в котором ген SP3D кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 1, ген SP кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 2, ген SP3D находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 3, ген SP находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 4, указанный ген SP3D присутствует в гомозиготном состоянии и указанный ген SP присутствует в гомозиготном состоянии.

2. Способ получения растения Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, предусматривающий введение в геном указанного растения Solanum lycopersicum генов SP3D и SP и их промоторных последовательностей, в котором ген SP3D кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 1, ген SP кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 2, ген SP3D находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 3, ген SP находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 4, указанный ген SP3D присутствует в гомозиготном состоянии и указанный ген SP присутствует в гомозиготном состоянии.

3. Семя растения Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, содержащее гены SP3D и SP и их промоторные последовательности, в котором ген SP3D кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 1, ген SP кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 2, ген SP3D находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 3, ген SP находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 4, указанный ген SP3D присутствует в гомозиготном состоянии и указанный ген SP присутствует в гомозиготном состоянии, предназначенное для размножения растения.

4. Плод растения Solanum lycopersicum с повышенной урожайностью, содержащий гены SP3D и SP и их промоторные последовательности, в котором ген SP3D кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 1, ген SP кодирует белок, содержащий последовательность SEQ ID NO: 2, ген SP3D находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 3, ген SP находится под контролем промоторной последовательности SEQ ID NO: 4, указанный ген SP3D присутствует в гомозиготном состоянии и указанный ген SP присутствует в гомозиготном состоянии, предназначенный для употребления в пищу.