產量增加的植物(nue)的製作方法

2024-01-21 21:24:15

專利名稱：產量增加的植物(nue)的製作方法
技術領域：
本文公開的本發明提供了產生與相應的野生型植物相比產量增加的植物的方法， 所述方法包括在植物或其部分中增加或產生一種或多種活性。本發明還涉及增強或改善轉基因植物以及源自此類植物或部分的細胞、子代、種子和花粉的一種或多種性狀的核酸，以及製備此類植物細胞或植物、子代、種子或花粉的方法，和利用此類植物細胞或植物、子代、 種子或花粉的方法。特別是，所述改善的性狀表現為增加的產量，優選通過改善一種或多種產量相關性狀實現。
背景技術：
在田間條件下，植物表現，例如就生長、發育、生物量累積和種子生成而言，取決於植物對眾多環境條件、變化和脅迫的耐受性和適應能力。自農業和園藝開始以來就存在提高作物栽培方面的植物性狀的需求。育種策略培育作物性能，以抵抗生物和非生物脅迫、提高養分利用效率以及改變其他固有的作物特定產量參數，即，通過應用技術進步來增加產量。植物為固著生物，因此需要對付多種環境脅迫。一方面生物脅迫例如植物害蟲和病原體，另一方面非生物環境脅迫，是植物生長和生產力的主要限速因子，從而限制了植物的栽培和地理分布。接觸不同脅迫的植物一般具有低產量的植物材料，像種子、果實或其他產出。因非生物和生物脅迫造成的作物損失和作物產量損失構成重要的經濟和政治因素，並造成糧食短缺，在許多不發達國家尤為如此。現今作物和園藝改善的常規方法是利用選育技術來鑑定具有期望特徵的植物。分子生物學進展已經允許以特定的方式修飾植物的種質。例如，修飾單個基因在多種情況下導致例如脅迫耐受性以及其他產量相關性狀的顯著增加。農業生物技術已經嘗試通過能夠增加作物產量的植物遺傳修飾，例如通過對非生物脅迫反應賦予更佳的耐受性，或通過增加生物量，來滿足人類不斷增長的需求。農業生物技術學家應用指示轉基因對作物產量的潛在影響的其他參數來量度。對於飼料作物像苜蓿、青貯穀物和乾草，植物生物量與總產量相關。然而，對於籽粒作物，已經應用其他參數來估計產量，例如植物大小，測量為植物總乾重、地上乾重、地上鮮重、葉面積、莖體積、植物高度、蓮座(rosette)直徑、葉長、根長、根質量、分櫱數和葉數。早期發育階段的植物大小通常與發育後期的植物大小相關。具有更大葉面積的較大植物通常能夠比較小的植物吸收更多的光和二氧化碳，因此很可能在同期增重更多。植物大小和生長速率存在著強遺傳因素，因此對於一系列各種各樣的基因型而言，植物在一種環境條件下的大小很可能與另一種環境條件下的大小相關。這樣，可以使用標準環境來模擬田間作物在不同地點和時間所遭遇到的多樣化動態環境。已經表徵了植物中一些參與脅迫應答、水利用和/或生物量的基因，但是迄今在開發產量提高的轉基因作物植物方面取得的成功有限，且尚未有這樣的植物被商業化。因此，需要鑑定賦予對多種脅迫組合的抗性的基因或賦予在最佳和/或次佳生長條件下改良的產量的基因。因此仍需要鑑定有能力增加作物植物產量的其他基因。
因此，在一個實施方案中，本發明提供了產生與相應的野生型植物相比產量增加的植物的方法，所述方法包括至少如下步驟在植物中於本文所述(如表I所示)的亞細胞區室和組織中增加或產生選自以下的一種或多種活性(在下文稱為一種或多種「活性」， 或一種或多種「所述活性」，或對於一種選擇的活性，稱為「所述活性」 ):17. 6kDa第I類熱休克蛋白、26. 5kDa第I類小分子量熱休克蛋白，26S蛋白酶亞單位、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎尼酸合成酶，5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶，天冬醯胺合成酶A，天冬氨酸 1-脫羧酶前體，ATP-依賴性RNA解旋酶，B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、 B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物(同系物，h0m0l0g)、CDS5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶，甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白，酮脫氧葡糖酸激酶，硫辛醯合酶，低分子量熱休克蛋白， 微粒體細胞色素b還原酶，線粒體核糖體蛋白質，有絲分裂關卡蛋白，單脫氫抗壞血酸還原酶，百草枯誘導性蛋白質B，磷酸酶，磷酸葡糖胺變位酶，蛋白質解聚蛋白伴侶，蛋白激酶，丙酮酸脫羧酶，recA家族蛋白，硫氰酸酶相關的硫轉移酶，核糖核酸酶P蛋白質組分，核糖體調節因子，感應組氨酸激酶，絲氨酸羥基甲基轉移酶，SLLU80-蛋白質，SLL1797-蛋白質， 膜小脂蛋白，核仁小核糖核蛋白複合體亞基，硫酸酯酶，轉錄起始因子亞基，四旋蛋白，tRNA 連接酶，木葡聚糖半乳糖基轉移酶，YKL130C-蛋白質，YLR443W-蛋白質，YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質。從而在另一實施方案中，本發明提供了在本文所示的亞細胞區室和組織中過量表達表I所示分離的多核苷酸的轉基因植物。本發明的轉基因植物與該植物的野生型品種相比表現出提高的產量或增加的產量。術語「提高的產量」或「增加的產量」可互換使用。如本文所用的術語「產量」通常定義為植物、尤其是作物可測量的產出。產量和產量增加(與未轉化的起始或野生型植物相比)可通過多種方法量度，且可以理解本領域技術人員能夠根據具體的實施方案、涉及的具體作物以及涉及的具體目的或用途來應用正確的含義。如本文所用，術語「提高的產量」或術語「增加的產量」表示任何所測量的植物產物例如糧谷、水果或纖維產量上的提高。根據本發明，不同表型性狀的變化可以提高產量。 例如，但非限制性地，諸如花器官發育、根發生、根生物量、種子數、種子重量、收穫指數、對非生物環境脅迫的耐受性、葉形成、趨光性、頂端優勢和果實發育等參數為產量提高的適宜量度。產量上的任何增加都是根據本發明的提高的產量。例如，產量上的提高可以包括任何測量參數的 0. 1%,0. 5%,1%>3%,5%,10%,15%,20%,30%,40%,50%,60%,70%, 80%、90%或更高的增加。例如，與相同條件下栽培的未處理大豆或玉米的蒲式耳/英畝產量相比，源自表I核苷酸和多肽的轉基因植物作物的大豆或玉米的蒲式耳/英畝產量的增加，是根據本發明的提高的產量。增加或提高的產量可在不存在或存在脅迫條件下實現。例如，增強的或增加的「產量」是指選自以下的一個或多個產量參數生物量產量、 幹生物量產量、地上幹生物量產量、地下幹生物量產量、鮮重生物量產量、地上鮮重生物量產量、地下鮮重生物量產量；增強的可收穫部分產量，乾重或鮮重或兩者，地上或地下或兩者；增強的作物果實產量，乾重或鮮重或兩者，地上或地下或兩者；和優選地增強的種子產量，乾重或鮮重或兩者，地上或地下或兩者。例如，本發明提供了通過增加或產生上文所述的一種或多種所述活性而產生轉基
9因植物細胞或植物的方法，與相應(例如未轉化)的野生型或起始植物相比，所述轉基因植物細胞或植物能夠表現出增加的產量相關性狀，例如增加的環境脅迫耐受性和/或增加的
固有產量和/或生物量產量。在一個實施方案中，產量增加是指增加或提高的作物產量或可收穫產量。作物產量在本文定義為每英畝收穫的相應農產品(如糧谷(grains)、飼料或種子)的蒲式耳數。作物產量受非生物脅迫例如乾旱、熱、鹽度和寒冷脅迫的影響，並受植物大小(生物量)的影響。傳統植物育種策略相對緩慢，且在賦予增加的非生物脅迫耐受性方面一般是不成功的。對於玉蜀黍，通過常規育種實現的糧谷產量提高几乎已經達到了一個平臺。因此，植物的產量可取決於在每種具體情況下具體的目的植物/作物以及感興趣的目的應用(例如糧食生產、飼料生產、加工的糧食產品、生物燃料、生物氣體或酒精生產等等)。因而，在一個實施方案中，產量計算為收穫指數(表達為相應可收穫部分的重量除以總生物量的比值)、單位面積(英畝、平方米等)的可收穫部分重量等等。玉蜀黍的收穫指數，即收穫時的產量生物量與總累積生物量的比值，在過去百年中在糧谷產量的選育過程中已經基本上保持不變。因此，近年來所出現的玉蜀黍產量提高是每單位土地面積上總生物量產量增加的結果。這種總生物量的增加通過增加植物種植密度實現，這已經引起適應性表型的改變，例如葉角度的減小(這可以減小對下方葉子的遮光)和穗大小的減小(這可以增加收穫指數)。收穫指數在許多環境條件下相對穩定，故而植物大小和糧谷產量之間可以是強相關的。植物大小和糧谷產量固有地聯繫，因為大多數糧谷生物量取決於植物葉和莖當前或貯存的光合生產力。如同非生物脅迫耐受性一樣，在生長箱或溫室標準條件下測量早期發育階段的植物大小，是測量轉基因存在所賦予的潛在產量優勢的標準實踐。例如，產量是指生物量產量，例如乾重生物量產量和/或鮮重生物量產量。生物量產量是指植物的地上或地下部分，這取決於具體的情況(測試條件、具體的目的作物、目的應用等等)。在一個實施方案中，生物量產量是指地上和地下部分。生物量產量可以計算為鮮重、乾重或基於水分調整來計算。生物量產量可以基於每株植物或相對於具體的面積 (例如，每英畝/平方米等的生物量產量)來計算。在其他實施方案中，「產量」是指可通過一個或多個如下參數衡量的種子產量種子數量或飽滿種子數量(每株植物或單位面積(英畝/平方米等))；種子充實率(飽滿種子數量和種子總數量之間的比值)；每株植物的花朵數量；種子生物量或種子總重量(每株植物或單位面積(英畝/平方米等))；千粒重(TKW ；通過計數的飽滿種子數量及其總重量外推得到；TKW的增加可以因種子大小增加、種子重量增加、胚大小增加和/或胚乳增加所致)。允許衡量種子產量的其他參數在本領域也已知。種子產量可以基於乾重或鮮重，或者一般地基於水分調整，例如在15. 5%水分，確定。在一個實施方案中中，術語「增加的產量」表示植物與相應的野生型光合活性生物 (photosynthetic active organism)相比，在非生物環境脅迫條件下呈現出增加的生長速率。增加的生長速率可以例如反映為或者賦予整株植物增加的生物量產量，或植物地上部分增加的生物量產量，或植物地下部分增加的生物量產量，或植物部分像莖、葉、花、果實、和/或種子增加的生物量產量。
在其一個實施方案中，增加的產量包括更高的果實產量、更高的種子產量、更高的鮮物質產量、和/或更高的乾物質產量。在其另一實施方案中，術語「增加的產量」表示，與相應例如未轉化的野生型生物相比，植物在非生物環境脅迫條件下呈現出延長的生長。延長的生長包括植物在未轉化野生型生物顯示出缺陷和/或死亡的可視症狀的時候仍存活和/或持續生長。例如，在一個實施方案中，本發明方法中使用的植物是穀物植物。穀物植物增加的產量在一個實施方案中是指增加的種子產量，特別是用作飼料或糧食的穀物品種。穀物增加的種子產量在一個實施方案中是指增加的籽粒大小或重量、增加的每角粒數，或增加的單株角果(Pod)數。此外，在一個實施方案中，穗軸產量增加，這對於飼料用穀物植物品種尤其有用。此外，例如，穗軸的長度或大小增加。在一個實施方案中，穀物植物增加的產量涉及提高的穗軸與籽粒比。例如，在一個實施方案中，本發明方法中使用的植物是大豆植物。大豆植物增加的產量在一個實施方案中是指增加的種子產量，特別是用作飼料或糧食的大豆品種。大豆增加的種子產量在一個實施方案中是指增加的籽粒大小和重量、增加的每角粒數，或增加的單株角果數。例如，在一個實施方案中，本發明方法中使用的植物是油菜籽油菜(OSR)植物。 OSR植物增加的產量在一個實施方案中是指增加的種子產量，特別是用作飼料或糧食的 OSR品種。OSR增加的種子產量在一個實施方案中是指增加的籽粒大小和重量、增加的每角粒數，或增加的單株角果數。例如，在一個實施方案中，本發明方法中使用的植物是棉花植物。棉花植物增加的產量在一個實施方案中是指增加的棉絨(lint)產量。棉花增加的棉產量在一個實施方案中是指增加的棉絨長度。根據本發明所述的增加的產量一般可通過與起源或野生型植物相比增強或提高植物的一種或多種產量相關性狀而實現。其提高可以導致增加的產量的此類植物產量相關性狀包括，但不限於增加的植物固有生產力，提高的養分利用效率，和/或增加的脅迫耐受性，尤其是增加的非生物脅迫耐受性。根據本發明，通過提高如本文所定義的一種或多種產量相關性狀來增加產量。植物的固有生產力可以例如通過提高特定(固有)種子產量(例如，就增加的種子大小/籽粒大小、增加的穗數量、增加的每穗種子數量、種子充實改善、種子組成改善、胚和/或胚乳改善等等而言)；調節和改善植物固有的生長和發育機制(例如植物高度、植物生長速率、角果數量、植物的角果位置、節間數量、角果脫落的發生、結瘤和固氮效率、碳同化效率、幼苗活力/早期活力改善、萌發效率的增強(在脅迫或非脅迫條件下)、植物構造改善、細胞周期調節、光合作用調節、多種信號傳遞通路調節、轉錄調控調節、翻譯調控調節、 酶活性調節等等)；和/或類似方面而顯現。植物脅迫耐受性的提高或增加可以例如通過提高或增加植物對脅迫、尤其是非生物脅迫的耐受性而顯現。在本發明中，非生物脅迫一般是指植物通常會面對的非生物環境條件，包括一般稱為「非生物脅迫」條件的條件，包括但不限於乾旱(乾旱耐受性可以因為水利用效率提高而實現)、熱、低溫和冷條件(例如冰凍和寒冷條件)、鹽度、滲透脅迫、遮光、高植物密度、機械脅迫、氧化脅迫等等。
增加的植物產量還可以通過增加「植物的養分利用效率」來介導，例如提高對養分，包括但不限於鉀、磷和氮，的利用效率。例如，需要能夠更有效地利用氮從而生長需要更少氮並由此導致在氮缺乏條件下提高的產量水平的植物。此外，可以使用當前或標準的氮利用水平來獲得更高的產量。因此，可以通過增加植物或其部分的氮利用效率(NUE)JIW 植物產量。由於相對於農業產品收入而言氮肥成本高昂，另外還由於其對環境的有害影響， 期望開發策略以減小氮投入，和/或優化給定氮供應下的氮吸收和/或利用而同時維持植物，優選栽培植物例如作物的最佳產量、生產力和品質。還期望以更低的化肥投入來維持作物產量和/或在相似或甚至更差品質的土壤上維持更高產量。在一個實施方案中，氮利用效率根據本文所述的方法來確定。從而，在一個實施方案中，本發明涉及增加產量的方法，其包括如下步驟(a)測量土壤中的氮含量，和(b)確定土壤中的氮含量對於原始或野生型植物例如作物的生長是最佳還是次佳的，和(Cl)如果氮含量對於原始或野生型植物生長是次佳的，則在所述土壤中培養本發明的植物，或(c2)如果氮含量對於原始或野生型植物是最佳的，則在所述土壤中培養本發明的植物，就其產量與標準、原始或野生型植物的產量進行比較，選擇和培養顯示出更高或最高產量的植物。例如，植物增強的氮利用效率可根據如下方法來確定和定量轉化的植物在生長室的花盆中生長(SvalSf W^eibull，SvalSv,瑞典)。在植物為擬南芥(Arabidopsis thaliana)的情況下，其種子播種在含1 1 (ν ν)養分耗竭土壤(」Einheitserde Typ 0「，30%粘土，Tantau,Wansdorf德國)和沙子混合物的花盆中。通過在4°C暗中為期4天誘導萌發。隨後植物在標準生長條件下生長。在植物為擬南芥的情況下，標準生長條件是 光周期為I^i光照和他黑暗，20°C，60%相對溼度，光子通量密度200 μ E。在植物為擬南芥的情況下，每隔一天用N耗竭的營養液澆水，且在9-10天後，植物被個體化。總計四-31天後，收穫植物，並通過植物地上部分，優選蓮座的鮮重來定級。因此，改變植物的遺傳組成可以按照當前的施肥標準獲得更大生產力，或者以顯著減小的肥料投入而維持其生產量。增加的氮利用效率可因氮肥吸收和同化增強、和/或隨後積累的氮儲備物的再動員和再利用而導致。含有提高氮利用效率的基因的植物因此能夠用於增強產量。提高植物的氮利用效率將會增加每單位投入氮肥的可收穫產量，在可及氮肥有限的發展中國家和氮利用保持高水平的發達國際皆如此。氮利用提高還允許降低農場的投入成本，降低對氮肥生產所必需的不可再生能源的使用和依賴性，和降低氮肥生產和農業應用的環境影響。在本發明的另一實施方案中，植物產量通過增加植物的脅迫耐受性而增加。一般而言，術語「增加的脅迫耐受性」可定義為與未轉化的野生型或起始植物相比，在脅迫條件下植物存活和/或產量更高例如，本發明的植物或根據本發明方法產生的植物更好地適應於脅迫條件。對環境脅迫例如像乾旱、熱、養分耗竭、冰凍和/或寒冷溫度的「適應性提高」在本文是指植物性能提高，導致產量增加，尤其是就上文更詳細定義的一種或多種產量相關性狀而言。
在其生命周期中，植物一般要面對多種環境條件。可以在某些情況下影響植物產量的任何此類條件在本文均稱為「脅迫」條件。一般，環境脅迫可以分為生物和非生物(環境)脅迫。不利的養分條件有時也稱為「環境脅迫」。本發明確實也考慮用於這類環境脅迫的技術方案，例如，涉及增加養分利用效率。例如，在本發明的一個實施方案中，植物產量通過增加植物的非生物脅迫耐受性而增加。出於說明本發明的目的，術語「增強的非生物脅迫耐受性」、「增強的非生物環境脅迫抗性」、「增強的環境脅迫耐受性」、「提高的環境脅迫適應性」及意義上相似的其他變化形式和表達方式可互換使用，是指但不限於與相應的原始或野生型植物或其部分相比，對本文所述的一種或多種非生物環境脅迫的耐受性提高。術語非生物脅迫耐受性是指例如低溫耐受性、乾旱耐受性或提高的水利用效率 (WUE)、熱耐受性、鹽脅迫耐受性等。也可以通過研究植物對乾燥、滲壓休克和極端溫度的應答，確定植物對非生物脅迫的耐受性或抗性。植物的脅迫耐受性像低溫、乾旱、熱和鹽脅迫耐受性可具有對植物生長重要的共同主題，即水利用度。植物在其生命周期中一般會接觸環境水分減小的條件。該保護策略類似於寒冷耐受性的保護策略。因此，在本發明的一個實施方案中，該產量相關性狀涉及本發明植物提高的水利用效率和/或本發明植物對乾旱條件提高的耐受性。水利用效率(WUE)是通常與乾旱耐受性相關聯的參數。低水利用度時生物量的增加可以由生長效率相對提高或水耗減小而引起。在選擇性狀用於改良作物時，水利用降低而生長不變，在水投入成本高的灌溉農業系統中將會具有特別的價值。生長增加而沒有相應的水利用暴漲將會在所有農業系統中具有實用性。在許多水供應不受限的農業系統中，生長增加，即便是以水利用增加為代價，也會增加產量。當土壤水耗竭時或者在乾旱期無水可用時，作物產量會受限。如果自葉的蒸騰超過自根的水供應，則出現植物缺水。可用的水供應量與土壤持水量和植物通過其根系獲取該水的能力相關。葉子的水蒸騰與通過氣孔進行的二氧化碳光合作用固定相關。這兩個過程正相關，因而通過光合作用的高二氧化碳流入與通過蒸騰的水喪失密切相關。當水從葉子蒸發時，葉子的水勢減小，氣孔在水壓過程中傾向於閉合，限制光合作用量。由於作物產量取決於光合作用中的二氧化碳固定，水吸收和蒸騰是對作物產量起作用的因素。能夠利用更少的水固定相同量的二氧化碳，或能夠在較低的水勢下正常行使功能的植物有潛力進行更多的光合作用，由此在許多農業系統中產生更多的生物量和經濟產量。乾旱脅迫是指導致植物缺水或向植物的水供應減小的任何環境脅迫，包括因低溫和/或鹽引起的次級脅迫，和/或乾旱或熱期間的初級脅迫，例如脫水等。增加的乾旱條件耐受性可例如，根據如下方法確定和定量轉化的植物按個體在生長室的花盆中生長(York IndUStriekMte GmbH，Mannheim，德國)。誘導萌發。在植物為擬南芥的情況下，播種的種子在4°C黑暗中保持3天以誘導萌發。隨後3天條件改成 20°C/6°C的日間/夜間溫度，16/ 日夜周期，150yE/m2s。隨後植物在標準生長條件下生長。在植物為擬南芥的情況下，標準生長條件是光周期為16h白晝和他黑夜，20°C，60% 相對溼度，光子通量密度200 μ Ε。植物生長並培養直至長出葉子。在植物為擬南芥的情況
13下，每天澆水直至約3周齡。自那時起，通過限水來造成乾旱。在未轉化的野生型植物顯示出可視的損傷症狀後，開始評價，連續5-6天與野生型鄰近植物相比，對植物的乾旱症狀和生物量產量進行計分。在一個實施方案中，乾旱耐受性例如周期性乾旱耐受性根據實施例中所述的方法來確定。在一個實施方案中，乾旱耐受性是周期性乾旱耐受性。從而，在一個實施方案中，本發明涉及增加產量的方法，其包括如下步驟(a)確定種植地區的水供應對於原始或野生型植物例如作物的生長是最佳還是次佳的，和/或確定種植地區生長的植物的可視損傷症狀；和(bl)如果水供應對於原始或野生型植物生長是次佳的，或者乾旱的可視症狀可見於該地區生長的標準、原始或野生型植物，則在所述土壤中培養本發明的植物，或(b2)如果水供應對於原始或野生型植物是最佳的，則在所述土壤中培養本發明的植物，就其產量與標準、原始或野生型植物的產量進行比較，選擇和培養顯示出更高產量或
最高產量的植物。損傷的可視症狀是指如下特徵之一或其兩個、三個或更多個的任何組合枯萎； 葉子褐化；膨脹喪失，這引起葉子或針葉、莖以及花低垂；葉子或針葉低垂和/或脫落；葉子綠色但是與對照相比葉子角度稍稍偏向地面；葉片已經開始朝裡翻卷(捲曲)；葉子或針葉早熟性衰老；葉子或針葉喪失葉綠素和/或黃化。在本發明的另一實施方案中，本發明植物的所述產量相關性狀是所述植物增加的對熱條件的耐受性。在本發明的另一實施方案中，本發明植物的所述產量相關性狀是所述植物增加的低溫耐受性，例如包括冰凍耐受性和/或寒冷耐受性。低溫影響很多生物學過程。其阻礙或抑制幾乎所有的代謝和細胞過程。植物對低溫的反應是其生態範圍的重要決定因素。對付低溫的問題由於需要延長生長季超越高緯度或海拔所見的短夏季而加劇。大多數植物已經進化出適應策略以保護自身抗低溫。一般而言，低溫適應性可以劃分為寒冷耐受性和冰凍耐受性。寒冷耐受性天然見於溫帶或北溫帶的物種，允許在低溫但非冰凍溫度時的存活和增強的生長。熱帶或亞熱帶的物種是寒冷敏感型的，並且在一個或多個發育階段中在10°c 左右的溫度時，往往表現出枯萎、褪綠或壞死、生長減慢甚至是死亡。從而，提高或增強的 「寒冷耐受性」或其變化形式在本文是指對10°c左右的低溫但非冰凍溫度的適應性提高，優選l-18°c的溫度，更優選4-14°C，最優選8-12°C ；下文稱作「寒冷溫度」。冰凍耐受性允許在接近零度至特別是零度以下的溫度存活。據信其由稱為冷適應的過程促成，該過程在低溫但非冰凍溫度時發生，並提供在零度以下的溫度時增加的冰凍耐受性。另外，溫帶地區的大多數物種都具有適應溫度季節性變化的生命周期。對於那些植物，低溫還可以通過成層和春化過程在植物發育方面起重要作用。顯而易見的是難以對寒冷耐受性和冰凍耐受性進行截然的區分和定義，所述過程可以是重疊的或相互關聯的。提高或增強的「冰凍耐受性」或其變化形式在本文是指對接近零度或低於零度的溫度的適應性提高，即優選4°C或更低的溫度，更優選3°C或2°C或更低溫度，尤其優選 O0C (零度)或_4°C或更低，或者甚至下至-10°C或更低的極端低溫；下文稱作「冰凍溫度」。從而，本發明的植物在一個實施方案中與寒冷敏感型野生型或原始植物相比在接觸低溫後可以表現出早期幼苗生長，在另一實施方案中提高種子發芽率。種子萌發過程強烈取決於環境溫度，種子的性質在萌發和幼苗出土期間接觸低溫時決定活性和性能的水平。本發明的方法在一個實施方案中還提供了在寒冷條件下表現出葉子發育延遲減少的植物。增強的低溫耐受性可以例如根據如下方法來確定轉化的植物在生長室的花盆中生長(例如，York, Mannheim，德國)。在植物為擬南芥的情況下，將其種子播種在含 3.5 l(v ν)養分富集土壤(GS90, Tantau, Wansdorf，德國)和沙子混合物的花盆中。 植物在標準生長條件下生長。在植物為擬南芥的情況下，標準生長條件是光周期為16h白晝和他黑夜，20°C，60%相對溼度，光子通量密度200μπιΟ1/πι28。長出並培養植物。在植物為擬南芥的情況下，每隔一天澆水。9-10天後，植物個體化。播種14天後施加冷處理(例如11-12°C的寒冷)，直至試驗結束。在總計四-31天的生長周期後，收穫植物，並通過植物地上部分，在擬南芥的情況下優選蓮座，的鮮重來定級。從而，在一個實施方案中，本發明涉及增加產量的方法，其包括如下步驟(a)確定種植地區的溫度對於原始或野生型植物例如作物的生長是最佳還是次佳的；和(bl)如果溫度對於原始或野生型植物生長是次佳的，則在所述土壤中培養本發明的植物；或(b2)如果溫度對於原始或野生型植物是最佳的，則在所述土壤中培養本發明的植物，就其產量與標準、原始或野生型植物的產量進行比較，選擇和培養顯示出更高或最高產量的植物。在本發明的另一實施方案中，產量相關性狀還可以是增加的鹽度耐受性(鹽耐受性)、滲透脅迫耐受性、增加的遮光耐受性、增加的高植物密度耐受性、增加的機械脅迫耐受性、和/或增加的氧化脅迫耐受性。在其一個實施方案中，術語光合活性生物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述光合活性生物優選植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型光合活性生物如植物相比，呈現出增強的幹生物量產量。在其一個實施方案中，術語光合活性生物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述光合活性生物優選植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型光合活性生物相比呈現出增強的地上幹生物量產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的地下幹生
物量產量。在其另一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的鮮重生
物量產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的地上鮮重
生物量產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的地下鮮重
生物量產量。在其另一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的植物可收穫部分的產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的幹植物可收穫部分的產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的幹植物地上可收穫部分的產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的幹植物地下可收穫部分的產量。在其另一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的植物鮮重可收穫部分的產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的植物地上鮮重可收穫部分的產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的植物地下鮮重可收穫部分的產量。在另一實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的作物果實產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型光合活性生物相比呈現出增強的鮮作物果實產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的幹作物果
實產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的糧谷乾重。在另一實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的種子產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的鮮重種子
16產量。在其一個實施方案中，術語植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示所述植物在遭遇非生物環境脅迫條件時，與相應例如未轉化的野生型生物相比呈現出增強的幹種子產量。不過，例如，植物遭遇的非生物環境脅迫條件可以是本文提及的任何非生物環境脅迫。優選產生或使用的植物是下文所述的植物。根據本發明產生的植物可為作物植物， 例如玉米、大豆、稻、棉花、小麥或油菜籽油菜(例如卡諾拉油菜(canola))或如下所列。所產生的穀物的增加氮利用效率在一個實施方案中是指穀物種子尤其是用作為飼料的穀物種子提高或增加的蛋白質含量。增加的氮利用效率在另一實施方案中是指每株植物增加的籽粒大小或更高的粒數。所產生的穀物的增加水利用效率在一個實施方案中是指與野生型植物相比增加的籽粒大小或粒數。此外，增加的低溫耐受性在一個實施方案中是指早期活力，並允許早期種植和播種根據本發明方法產生的穀物植物。所產生的大豆植物的增加氮利用效率在一個實施方案中是指大豆種子尤其是用作為飼料的大豆種子提高或增加的蛋白質含量。增加的氮利用效率在另一實施方案中是指增加的籽粒大小或粒數。所產生的大豆植物的增加水利用效率在一個實施方案中是指增加的籽粒大小或粒數。此外，增加的低溫耐受性在一個實施方案中是指早期活力，並允許早期種植和播種根據本發明方法產生的大豆植物。所產生的OSR植物的增加氮利用效率在一個實施方案中是指OSR種子尤其是用作為飼料的OSR種子提高或增加的蛋白質含量。增加的氮利用效率在另一實施方案中是指每株植物增加的籽粒大小或粒數。所產生的OSR植物的增加水利用效率在一個實施方案中是指增加的籽粒大小或每株植物的粒數。此外，增加的低溫耐受性在一個實施方案中是指早期活力，並允許早期種植和播種根據本發明方法產生的OSR植物。在一個實施方案中，本發明涉及產生耐寒油菜籽油菜(具有耐冬性的0SR)的方法，其包括在上述本發明的方法中應用耐寒油菜籽油菜植物。所產生的棉花植物的增加氮利用效率在一個實施方案中是指棉花種子尤其是用作為飼料的棉花種子提高或增加的蛋白質含量。增加的氮利用效率在另一實施方案中是指增加的籽粒大小或粒數。所產生的棉花植物的增加水利用效率在一個實施方案中是指增加的籽粒大小或粒數。此外，增加的低溫耐受性在一個實施方案中是指早期活力，並允許早期種植和播種根據本發明方法產生的棉花植物。從而，本發明提供了產生產量增加的轉基因植物的方法，所述轉基因植物與相應的原始或野生型植物相比表現出一種或多種提高的產量相關性狀，通過在本文所述如表I 所示的所述植物的亞細胞區室和/或組織中增加或產生選自以下的一種或多種活性實現 17. 6kDa I類熱休克蛋白、26. 5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸 1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、 B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b 還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA 家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質。因而，在一個實施方案中，本發明提供了產生表現出養分利用效率增加的植物的方法。根據本發明方法實現的、由本發明轉基因植物所表現出的養分利用效率是例如氮利用效率。在另一實施方案中，根據本發明方法實現的、本發明如實施例中如表VIII-B中所示的轉基因植物所表現出的非生物脅迫抗性是增加的低溫耐受性，尤其是增加的寒冷耐受性。從而，本發明提供了產生植物的方法，所述植物與相應的原始或野生型植物相比表現出增加的固有產量或增加的生物量，所述方法通過增加或產生一種或多種如實施例中表VIII-D所示的活性實現。從而，本發明提供了產生植物的方法，所述植物與相應的原始或野生型植物相比表現出增加的每株植物的總種子重量，所述方法通過增加或產生一種或多種如實施例中表 IX所示的活性實現。因而，根據本發明方法實現的、本發明轉基因植物所表現出的非生物脅迫抗性還是增加的氮利用效率和低溫耐受性，尤其是增加的寒冷耐受性，如實施例中所述的表 VIII-A 和 VIII-B 的組合。從而，本發明提供了產生植物的方法，所述植物與相應的原始或野生型植物相比表現出提高的氮使用效率和固有產量或提高的生物量，所述方法通過增加或產生一種或多種如實施例中所述的表VIII-A和VIII-D的組合所示的活性實現。從而，本發明提供了產生植物的方法，所述植物與相應的原始或野生型植物相比表現出提高的低溫耐受性、尤其提高的冷凍耐受性和固有產量或提高的生物量，所述方法通過增加或產生一種或多種如實施例中所述的表VIII-B和VIII-D的組合所示的活性實現。在另一實施方案中，根據本發明方法實現的、本發明轉基因植物所表現出的非生物脅迫抗性是增加的氮利用效率和低溫耐受性，尤其是增加的冷凍耐受性和固有產量，如實施例中所述的表VIII-A和VIII-B和VIII-C的組合。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每個植物與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比還可表現出增加的低溫耐受性、尤其是增加的寒冷耐受性，所述方法通過在所述植物中增加或產生一種或多種所述「活性」來實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每個植物與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比可表現出氮利用效率(NUE)以及低溫耐受性和/或固有產量的增加，所述方法通過在所述植物中增加或產生一種或多種所述「活性」來實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於
18產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每個植物與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比可表現出提高的氮利用效率(NUE)以及低溫耐受性和/或提高的固有產量、尤其冷凍耐受性和提高的生物量，所述方法通過在所述植物的本文所述亞細胞區室和/ 或組織中增加或產生一種或多種所述「活性」來實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每個植物與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比可表現出增加的氮利用效率(NUE)以及低溫耐受性和增加的固有產量，所述方法通過在所述植物的本文所述亞細胞區室和/或組織中增加或產生一種或多種所述 「活性」來實現。而且，在一個實施方案中，本發明提供了轉基因植物，其與相應例如未轉化的原始或野生型植物細胞或植物相比表現出一種或多種增加的產量相關性狀，在所述植物的本文所述亞細胞區室和組織中具有增加的或新生成的一種或多種選自上文所述「活性」組的「活性」。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每種與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比表現出增加的低溫耐受性和氮利用效率(NUE)，所述方法通過增加或產生一種或多種所述「活性」實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每種與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比表現出增加的低溫耐受性和增加的固有產量，所述方法通過增加或產生一種或多種所述「活性」實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每種與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比表現出改良的氮利用效率和增加的循環乾旱耐受性，所述方法通過增加或產生一種或多種所述「活性」實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每種與相應例如未轉化的野生型植物細胞或植物相比表現出增加的氮利用效率和增加的固有產量，所述方法通過增加或產生一種或多種所述「活性」實現。因而，在本發明的另一實施方案中，提供了產生轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉的方法；每種表現出較早開花和增加的產量、尤其增加的總種子重量。抽薹(bolting)差比較在轉基因與非轉基因對照間抽薹日期的相對差， 且顯示轉基因株系較早開花且產量增加，尤其是總種子重量增加。從而，所提供的用於產生顯示早開花和產量增加，尤其是總種子重量增加的轉基因植物、來自此類植物或用於產生此類植物的子代、種子和/或花粉，或本發明的植物的方法，產生較早開花效果和改進的每株植物總種子重，提供如表IX所示的一套非常有用的趨向增強產量的性狀。因此，選自以下的活性在細胞或植物的一個或多個特定區室或細胞器中增加 17. 6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸 1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b 還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA 家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質， 並賦予增加的產量，例如植物表現出一種或更多增加的或改良的所述產量相關性狀。例如， 如表I或II第6欄所示在細胞區室中增加所述活性，導致相應植物產量增加。例如，如表 VIIIA、B和/或D所示，所述活性的特定定位賦予增加或提高的產量相關性狀。例如，如表 VIIIA、B和/或D或表IX所示，所述活性可在植物細胞的質體或線粒體中增加，因而賦予相應植物的產量增加，例如賦予提高或增加的產量相關性狀。此外，本發明涉及產生與相應野生型植物相比產量增加的植物的方法，其包括選自以下的至少一個步驟(i)增加或產生包含分別如表II或表IV第5欄或第7欄所示的多肽，或共有序列或至少一種多肽基序的多肽的活性；(ii)增加或產生包含一種或多種表I第5欄或第7欄所示多核苷酸的一種或多種核酸分子的表達產物的活性，和(iii)增加或產生⑴或( )的功能等同物的活性。從而，增加或產生一種或多種所述「活性」可以例如由增加所述核酸分子的一種或多種表達產物例如蛋白質的活性或數量，或由從頭表達即由植物中所述「活性」的產生而賦予。因此，在本文所述的本發明中，增加或產生一種或多種所述「活性」可以例如由分別包含選自表II第5和7欄所示多肽的一種或多種蛋白質的表達而賦予。因此，在一個實施方案中本發明的方法包括如下步驟(i)增加或產生至少一種核酸分子的表達；和/或(ii)增加或產生至少一種核酸分子編碼的表達產物的表達；和/或(iii)增加或產生至少一種核酸分子編碼的表達產物的一種或多種活性，其中所述至少一種核酸分子(以下稱作「產量相關蛋白質(YRP) 」編碼基因或「YRP」基因)包含選自以下的核酸分子(a)編碼表II第5欄或第7欄所示多肽的核酸分子；(b)表I第5欄或第7欄所示的核酸分子；(c)核酸分子，其由於遺傳密碼簡併性衍生自表II第5欄或第7欄所示的多肽序列，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(d)核酸分子，其與包含表I第5欄或第7欄所示核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有30或更高、例如50、60、70、80、85、90、95、97、98或99%或更高的同一性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(e)核酸分子，其編碼的多肽與(a)至(C)中核酸分子所編碼多肽的胺基酸序列具有30或更高、例如50、60、70、80、85、90、95、97、98或99%或更高的同一性，並具有包含表I
第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(f)核酸分子，其與(a)至(c)中的核酸分子在嚴格雜交條件下雜交，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(g)核酸分子，其編碼的多肽可藉助於針對(a)至(e)中核酸分子之一所編碼的多肽製備的單克隆或多克隆抗體分離，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(h)核酸分子，其編碼的多肽包含表IV第7欄所示的共有序列或一種或多種多肽基序，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(i)核酸分子，其編碼的多肽具有表II第5欄所示蛋白質所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(j)核酸分子，其包含通過利用表III第7欄的引物擴增cDNA文庫或基因組文庫而獲得的多核苷酸，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；和k)核酸分子，其可通過在嚴格雜交條件下，用包含(a)或(b)中核酸分子的互補序列的探針或用其片段來篩選適宜的核酸文庫而獲得，且編碼具有包含表II第5欄所示多肽的蛋白質所呈現的活性的多肽，其中所述片段具有(a)至(e)中所表徵的核酸分子序列的互補核酸分子的15nt或更高，優選20nt、30nt、50nt、100nt、200nt或500nt、lOOOnt、 1500nt、2000nt 或 3000nt 或更高。因此，本發明的基因或根據本發明使用的基因，當其編碼的蛋白質具有選自 17. 6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸 1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、 B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b 還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA 家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、YKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質的活性時；編碼的蛋白質包含表I第5欄或第7欄所示核酸序列編碼的多肽時；和/或編碼的蛋白質包含表II第5和7欄所示的多肽時；或其可用表III第7欄所示的引物組擴增時，也都稱作「YRP基因」。由「YRP基因」編碼的蛋白質或多肽稱作「產量相關蛋白質」或「YRP」。出於說明本發明的目的，具有(i)選自17.6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S 蛋白酶亞基、2-Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽_5_還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、CDS5399-蛋白質、 染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、 單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P 蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLL1280-蛋白質、 SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、 YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質的活性的多肽，(ii)包含表I第5欄或第7欄所示一種或多種核酸序列編碼的多肽的多肽，或(iii)包含表II第5和7欄所示的多肽的多肽，或 (iv)包含表IV第7欄所示共有序列的多肽，或(ν)或包含表IV第7欄所示一種或多種基序的多肽，也都稱作「產量相關蛋白質」或「YRP」。因而，本發明滿足了鑑定當表達或過量表達內源和/或外源基因時，能夠賦予光合活性生物優選植物增加的產量的新的獨特基因的需求，該增加的產量例如增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性和/ 或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀。因此，本發明提供了 YRP和TOP基因。因此，本發明滿足了鑑定當表達或過量表達內源基因時，能夠賦予光合活性生物優選植物增加的產量的新的獨特基因的需求，該增加的產量例如增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀。因此，本發明提供了衍生自植物的YRP和YRP基因。尤其，如表I或II的第5欄及第7欄所述的來自植物的基因。因此，本發明滿足了鑑定當表達或過量表達內源基因時，能夠賦予光合活性生物優選植物增加的產量的新的獨特基因的需求，該增加的產量例如增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀。因此，本發明提供了衍生自植物和表I或II的第5欄及第7欄的其他生物的YRP和YRP基因。進而，本發明滿足了鑑定當表達或過量表達內源和/或外源基因時，能夠賦予光合活性生物優選植物與增加的產量組合的增強的非生物環境脅迫耐受性的新的獨特基因的需求。因而，在一個實施方案中，本發明提供了產生植物的方法，其與相應的原始或野生型植物相比表現出增加或提高的產量，所述方法通過增加或產生選自以下的一種或多種活性實現17. 6kDa I類熱休克蛋白、26. 5kDaI類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、 D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質，所述活性由一種或多種YRP或一種或多種YRP基因的基因產物賦予，例如由包含選自表I第5欄或第7欄所示組的多核苷酸的核酸序列的基因產物賦予；或由分別包含選自表I第5欄或第7欄所示組的一種或多種核酸序列所編碼的多肽的一種或多種蛋白質賦予；或者由分別包含選自表II第5和7欄所示組的多肽的一種或多種蛋白質賦予；或者由具有與表IV第7欄所示共有序列相對應的序列的蛋白質賦予，且(b)任選地在允許植物細胞、植物或其部分發育的條件下培育植物細胞、植物或其部分，且(c)再生與相應例如未轉化的野生型植物細胞或其部分相比具有增加的產量的植物，例如增加的產量相關性狀， 例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀。在實施方案中，該植物在出現或不出現養分不足和/或非生物脅迫條件下生長， 且選擇與相應例如未轉化的野生型植物相比表現出增加的產量的植物。因此，在另一實施方案中，產生顯示產量增加的植物或其用於再生所述植物的部分的所述方法，所述方法包括(i)在非生物脅迫或缺陷(deficiency)下，與未轉化的野生型光合活性生物一起培養該植物或其部分；和(ii)選擇與相應例如未轉化野生型植物相比例如在例如未轉化野生型植物表現出缺陷和/或死亡可視症狀後具有增加的產量的植物。如所述及的那樣，增加的產量可以通過一種或多種產量相關性狀來介導。因而，本發明的方法涉及產生表現出所述一種或多種提高的產量相關性狀的植物。因而，本發明提供了產生表現出選自以下的一種或多種提高的產量相關性狀的植物的方法增加的養分利用效率例如氮利用效率(NUE)，增加的脅迫抗性例如非生物脅迫抗性，增加的養分利用效率，增加的水利用效率，增加的脅迫抗性例如非生物脅迫抗性，尤其是低溫耐受性、乾旱耐受性和增加的固有產量。在一個實施方案中，一種或多種所述「活性」通過在植物細胞或其部分如區室中增加具有所述「活性」的一種或多種蛋白質的量和/或比活而增加，例如在細胞或細胞區室中增加一種或多種YRP的量和/或比活。此外，本發明涉及產生與相應的原始或野生型植物相比產量增加的植物例如轉基因植物的方法，所述方法包括(a)在植物細胞核、植物細胞、植物或其部分中增加或產生選自以下的一種或多種活性17. 6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S 蛋白酶亞基、2-Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽_5_還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、CDS5399-蛋白質、 染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、 單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P 蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLL1280-蛋白質、 SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、 YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質，例如通過本文所述的方法實現；和(b)在允許植物細胞、植物或其部分發育的條件下培養或生長所述植物細胞、植物或其部分；和(c)由所述植物細胞核、所述植物細胞，或所述植物部分產生與相應例如未轉化的原始或野生型植物相比表現出增加的產量的植物；和(d)任選地，選擇與相應例如未轉化的野生型植物細胞(例如表現出可視的缺陷和/或死亡症狀的野生型植物細胞)相比表現出增加的產量的植物或其部分，例如表現出增加的或提高的產量相關性狀，例如提高的養分利用效率和/或非生物脅迫抗性的植物或其部分。此外，本發明還涉及鑑定產量增加的植物的方法，其包括對一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分的群體篩選所述「活性」，就所述活性水平與參照的活性水平進行比較；鑑定與參照相比活性增加的一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分，任選地由所鑑定的植物細胞核、細胞或組織產生植物。在另一實施方案中，本發明還涉及鑑定產量增加的植物的方法，其包括對一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分的群體篩選編碼賦予所述活性的多肽的核酸的表達水平，就所述表達水平與參照進行比較；鑑定與參照相比表達水平增加的一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分，任選地由所鑑定的植物細胞核、細胞或組織產生植物。在一個實施方案中，本發明提供了提高環境脅迫適應性的方法。此外，本發明提供了產量增強或提高的植物。如所提及的那樣，根據本發明，增加或提高的產量可通過如下實現與相應例如未轉化的野生型植物相比增加或提高一種或多種產量相關性狀，例如養分利用效率、水利用效率、非生物環境脅迫尤其是低溫或乾旱耐受性。在本發明的一個實施方案中，這些性狀通過在光合活性生物優選植物中與相應 (未轉化的)野生型光合活性生物相比增強非生物環境脅迫耐受性的方法來實現。對環境脅迫像例如冰凍和/或寒冷溫度「提高的適應性」是指在環境脅迫條件下提高的植物性能。在另一實施方案中，植物「增強的非生物環境脅迫耐受性」表示該植物在遭遇如本文所述的非生物環境脅迫條件(例如低溫條件，包括寒冷和冰凍溫度，或例如乾旱)時，與相應(未轉化的)野生型相比呈現出增強的產量，如本文所述，例如種子產量或生物量產量。從而，在優選的實施方案中，本發明提供了產生用於再生或產生與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比具有增加的產量，例如非生物環境脅迫耐受性和/或其他增加的產量相關性狀的植物的轉基因細胞的方法，通過增加或產生選自以下的一種或多種活性實現17.6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、 B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b 還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA 家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質。 該細胞例如可以是宿主細胞，例如轉基因宿主細胞。宿主細胞可以是例如微生物，例如衍生自真菌或細菌，或尤其對轉化有用的植物細胞。從而，在優選的實施方案中，本發明提供了產生用於再生或產生與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比具有增加的產量相關性狀，例如非生物環境脅迫耐受性和/或其他增加的產量相關性狀的植物的細胞的方法，通過增加或產生選自以下的一種或多種活性實現17.6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、 D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLL1280-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶JKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質。所述用於植物再生或產生的細胞例如可以是宿主細胞，例如轉基因宿主細胞。宿主細胞可以是例如微生物，例如衍生自真菌或細菌，或尤其對轉化有用的植物細胞。在另一實施方案中，根據本發明產生的光合活性生物，特別是本發明的植物，在非生物環境脅迫條件下表現出增加的產量，並對另一非生物環境脅迫表現出增強的耐受性， 或表現出其他提高的產量相關性狀。在整篇說明書的一個實施方案中，非生物環境脅迫是指氮使用效率。在另一實施方案中，本發明涉及增加植物群體的產量的方法，其包括檢查種植地區的生長溫度，就所述溫度與考慮種植的植物物種或品種(例如本文所述的原始或野生型植物)的最佳生長溫度進行比較，如果生長溫度對於該考慮種植的植物物種或品種(例如原始或野生型植物)的種植和生長不是最佳的，則種植和生長本發明的植物。
所述方法可部分或全部地重複一次或多次。此外，本發明涉及產生與相應例如未轉化的野生型植物相比產量增加的轉基因植物的方法，用包含選自以下的核酸分子的核酸分子轉化植物細胞或植物細胞核或植物組織以產生此類植物(a)編碼表II第5欄或第7欄所示多肽的核酸分子；(b)表I第5欄或第7欄所示的核酸分子；(c)核酸分子，其由於遺傳密碼簡併性衍生自表II第5欄或第7欄所示的多肽序列，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(d)核酸分子，其與包含表I第5欄或第7欄所示核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有30%或更多、例如50、60、70、80、85、90、95、97、98或99%或更多的同一性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(e)核酸分子，其編碼的多肽與(a)至(C)中核酸分子所編碼多肽的胺基酸序列具有30%或更多、例如50、60、70、80、85、90、95、97、98或99%或更多的同一性，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(f)核酸分子，其與(a)至(c)中的核酸分子在嚴格雜交條件下雜交，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(g)核酸分子，其編碼的多肽可藉助於針對(a)至(e)中核酸分子之一所編碼的多肽製備的單克隆或多克隆抗體分離，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(h)核酸分子，其編碼的多肽包含表IV第7欄所示的共有序列或一種或多種多肽基序，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(i)核酸分子，其編碼的多肽具有表II第5欄所示蛋白質所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應例如未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(j)核酸分子，其包含通過利用表III第7欄的引物擴增cDNA文庫或基因組文庫而獲得的多核苷酸，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；和(k)核酸分子，其可通過在嚴格雜交條件下，用包含(a)或(b)中核酸分子的互補序列的探針或用其片段來篩選適宜的核酸文庫而獲得，且編碼的多肽具有包含表II第5欄所示多肽的蛋白質所呈現的活性，其中所述片段具有(a)至(e)中所表徵的核酸分子序列的互補核酸分子的至少20、30、50、100、200、300、500或1000或更多個nt，並由該轉化的植物細胞核、植物細胞或植物組織再生具有增加的產量的轉基因植物。調節，即增加，可因內源或外源因素引起。例如，生物或其部分中活性的增加可通過在培養基或營養液中添加基因產物或前體或激活劑或激動劑而引起，或可通過向生物體中瞬時或穩定引入所述物質而引起。此外，此類增加可通過將本發明的核酸序列或編碼的蛋白質引入到正確的細胞區室中而實現，例如通過轉化和/或靶向，引入到細胞核或細胞質中或引入到質體中。出於說明本發明的目的，術語「細胞質」和「非靶向的」應指在不添加非天然的轉運肽編碼序列的情況下表達本發明的核酸。非天然的轉運肽編碼序列是並非本發明核酸(例如表I第5欄或第7欄所示核酸)的天然部分的序列，而是通過分子操作步驟例如在實施例中「質體靶向表達」部分所述步驟添加的。因此，術語「細胞質」和「非靶向的」不應排除在轉基因生物背景中本發明核酸序列的產物通過其天然存在的序列特性而靶向定位到任何細胞區室。由所附序列獲得的成熟多肽的亞細胞定位可針對生物(植物)由技術人員利用軟體工具預測，像TargetP^manuelsson等，(2000), Predicting sub-cellular localization of proteins based on their N—terminal amino acid sequence.，J. Mol. Biol. 300，1005-1016)、ChloroP (Emanuelsson 等(1999)， ChloroP， a neural network-based method for predicting chloroplast transit peptides and their cleavage sites. ,Protein Science，8 :978-984)或其他予頁測軟體工具(Emanuelsson ^ (2007), Locating proteins in the cell using TargetP, SignalP, and related tools. , Nature Protocols 2，953-971)。如本文所用，「植物」旨在不僅包括整株植物，而且包括其部分，即一個或多個細胞、及組織，包括例如，葉子、莖、枝條、根、花、果實和種子。在一個實施方案中，在質體中增加或產生由YI3R例如表II所示多肽賦予的如本文所公開的活性；條件是在各表I的第6欄針對所述多肽列出了術語「質體」。在一個實施方案中，在線粒體中增加或產生由YI3R例如表II所示多肽賦予的如本文所公開的活性；條件是在各表I的第6欄針對所述多肽列出了術語「線粒體」。在另一實施方案中，本發明涉及產生例如轉基因植物的方法，所述植物與相應例如未轉化的野生型植物相比具有增加的產量，例如具有增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀，所述方法包括(a)在植物細胞的細胞質中增加或產生一種或多種所述活性，和(b)在允許與相應例如未轉化的野生型植物相比具有增加的產量的植物發育的條件下培養植物，例如具有增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性，和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀。在一個實施方案中，在細胞質中增加或產生由表II所示多肽賦予的如本文所公開的活性；條件是在各表I的第6欄針對所述多肽列出了術語「細胞質」。由於術語「細胞質」和「非靶向的」不應排除在轉基因生物背景中本發明核酸序列的產物通過其天然存在的序列特性而靶向定位到任何細胞區室，在一個實施方案中，由表 II所示多肽賦予的如本文所公開的活性是增加或產生非靶向的，條件是在各表I的第6欄針對所述多肽列出了術語「細胞質」。出於說明本發明的目的，術語「細胞質」應指在不添加非天然的轉運肽編碼序列的情況下表達本發明的核酸。非天然的轉運肽編碼序列是並非本發明核酸的天然部分的序列，而是通過分子操作步驟例如在實施例中「質體靶向表達」部分所述步驟添加的。因此，術語「細胞質」不應排除本發明核酸序列的產物通過其天然存在的序列特性而靶向定位到任何細胞區室。在另一實施方案中，本發明涉及產生例如與相應例如未轉化的野生型植物相比具有增加的產量的轉基因植物或其部分的方法，所述方法包括(al)在植物細胞的細胞器中增加或產生一種或多種所述活性，例如所述YRP或所述YRP基因的基因產物的活性，例如選自以下的活性17. 6kDaI類熱休克蛋白、26. 5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2-Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、 ⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、 SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、IL130C-蛋白質、nJM43W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質，或(a2)在植物細胞中增加或產生YRP的活性，例如表II第3欄所示的蛋白質的活性，或由表I第5欄或第7欄所示核酸序列編碼的蛋白質的活性，且其與編碼轉運肽的核酸序列相連；或(a3)在植物細胞中增加或產生YRP的活性，例如表II第3欄所示的蛋白質的活性，或由表I第5欄或第7欄所示核酸序列編碼的蛋白質的活性，且其與編碼細胞器定位序列、特別是葉綠體定位序列的核酸序列相連；或(a4)在植物細胞中增加或產生YRP的活性，例如表II第3欄所示的蛋白質的活性，或由表I第5欄或第7欄所示核酸序列編碼的蛋白質的活性，且其與編碼線粒體定位序列的核酸序列相連，和(b)由所述植物細胞再生植物；(c)在允許與相應例如未轉化的野生型植物相比具有增加的產量(例如具有增加的產量相關性狀，例如增強的非生物環境脅迫耐受性，例如增加的乾旱耐受性和/或低溫耐受性，和/或增加的養分利用效率，固有產量和/或其他增加的產量相關性狀)的植物發育的條件下培養植物。因此，在另一實施方案中，在產生具有增加的產量的轉基因植物的所述方法中，增加或產生所述活性通過增加或產生表II第3欄所示的、表I第5欄或第7欄所示核酸序列編碼的蛋白質的活性，(al)通過細胞器轉化在植物細胞器中第6欄所示的所述活性(a2)通過質體轉化在植物質體或其一個或多個部分中，如果在第6欄所示為所述活性；(a3)通過葉綠體轉化在植物葉綠體或其一個或多個部分中，如果在第6欄所示為所述活性；(a4)通過線粒體轉化在植物線粒體或其一個或多個部分中，如果在第6欄所示為所述活性。原則上，編碼轉運肽的核酸序列可分離自每一種含有質體優選含有葉綠體的生物，例如微生物如藻類，或植物。「轉運肽」是胺基酸序列，其編碼核酸序列與相應的結構基因一起翻譯。這意味著轉運肽是該翻譯蛋白質整體的一部分，並形成該蛋白質的胺基酸末端延伸。兩者作為所謂的「前蛋白質」翻譯。一般而言，轉運肽在該蛋白質運輸到正確的細胞器例如質體期間或剛剛運輸入之後，即從前蛋白質上切割下來以產生成熟蛋白質。轉運肽通過促進蛋白質跨細胞內膜運輸而確保成熟蛋白質正確定位。編碼轉運肽的核酸序列可源自編碼最終定居於質體中的蛋白質且起源於選自以下的生物的核酸序列傘藻屬(Acetabularia)、擬南芥屬(Arabadopsis)、卡諾拉油 3 屬(Brassica) > MIR M (Capsicum) > ^ M (Chlamydomonas) > /R M (Cururbita)、 杜氏藻屬(Dunaliella)、裸藻屬(Euglena)、黃菊屬(Flaveria)、大豆屬(Glycine)、向日葵屬(Helianthus)、大麥屬(Hordeum)、浮萍屬(Lemna)、黑麥草屬(Lolium)、番茄屬 (Lycopersion)、蘋果屬(Malus)、苜猜屬(Medicago)、曰中花屬(Mesembryanthemum)、 菸草屬(Nicotiana)、月見草屬(Oenotherea)、稻屬(Oryza)、碧冬茄屬(Petunia)、菜豆屬(Phaseolus) > BfHjg (Physcomitrella) >(Pinus) > fSSM (Pisum) > 3 卜 M (Raphanus)、蜆子草屬(Silene)、白芥屬(Sinapis)、爺屬(Solanum)、菠菜屬(Spinacea)、 甜葉菊屬Gtevia)、聚球藻屬(Synechococcus)、小麥屬(Triticum)和玉蜀黍屬(Zea)。例如，可有益地用在本發明方法中的此類轉運肽源自編碼選自以下的蛋白質的核酸序列核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶、5-烯醇式丙酮醯莽草酸-3-磷酸合酶、乙醯乳酸合酶、葉綠體核糖體蛋白CS17、Cs蛋白、鐵氧還蛋白、質體藍素、核酮糖二磷酸羧化酶活化酶、 色氨酸合酶、醯基載體蛋白、質體伴侶蛋白-60、細胞色素c552、22-kDA熱休克蛋白、33-kDa 方文_±曾弓雖胃白 1 (oxygen-evolving enhancer protein) > ATP yATP δ M 基、葉綠素a/b結合蛋白11-1、放氧增強蛋白2、放氧增強蛋白3、光系統I :P21、光系統I P28、光系統I :P30、光系統I :P35、光系統I :P37、甘油_3_磷酸醯基轉移酶、葉綠素a/b結合蛋白、CAB2蛋白、羥甲基膽色烷合酶、丙酮酸-正磷酸雙激酶、CAB3蛋白、質體鐵蛋白、鐵蛋白、早期光誘導蛋白、穀氨酸-ι-半醛轉氨酶、原葉綠素酸酯還原酶、澱粉粒結合澱粉酶合成酶、光系統II的捕光葉綠素a/b結合蛋白、主要花粉變應原Lol p5a、質體ClpB ATP 依賴性蛋白酶、超氧化物歧化酶、鐵氧還蛋白NADP氧化還原酶、28-kDa核糖核蛋白、31_kDa 核糖核蛋白、33-kDa核糖核蛋白、乙醯乳酸合酶、ATP合酶CFtl亞基1、ATP合酶CFtl亞基2、 ATP合酶CFtl亞基3、ATP合酶CFtl亞基4、細胞色素f、ADP葡萄糖焦磷酸化酶、穀氨醯胺合成酶、穀氨醯胺合成酶2、碳酸酐酶、GapA蛋白、熱休克蛋白hsp21、磷酸易位蛋白、質體ClpA ATP依賴性蛋白酶、質體核糖體蛋白CLM、質體核糖體蛋白CL9、質體核糖體蛋白I^sCLlS、質體核糖體蛋白PsCL25、DAHP合酶、澱粉磷酸化酶、根醯基載體蛋白II、甜菜鹼_醛脫氫酶、 GapB蛋白、穀氨醯胺合成酶2、磷酸核酮糖激酶、亞硝酸還原酶、核糖體蛋白L12、核糖體蛋白L13、核糖體蛋白L21、核糖體蛋白L35、核糖體蛋白L40、磷酸丙糖-3-磷酸甘油酸-磷酸易位蛋白、鐵氧還蛋白依賴性穀氨酸合酶、3-磷酸甘油醛脫氫酶、NADP依賴性蘋果酸酶和 NADP蘋果酸脫氫酶。在一個實施方案中，編碼轉運肽的核酸序列源自編碼最終位於質體中的蛋白質且起源於選自以下物種的生物的核酸序列，地中海傘藻(Acetabularia mediterranea)、 擬南芥(Arabidopsis thaliana)、油菜(Brassica campestris)、歐洲油菜(Brassica napus)> M 1 (Capsicum annuum)> W 1 ^ (Chlamydomonas reinhardtii)> /R (Cururbita moschata) > ife 1 (Dunaliella salina) > Dunaliella tertiolecta>細小裸藻(Euglena gracilis)、Flaveria trinervia、大豆(Glycine max)、向日葵 (Helianthus annuus)、大麥(Hordeum vulgare) > Lemna gibba、多年生黑麥草(Lolium perenne)(Lycopersion esculentum)、蘋果(Malus domestica)、野苜猜(Medicago
falcata)、紫花苜猜(Medicago sativa)、冰葉臼中花(Mesembryanthemum crystallinum)、 白花丹葉菸草(Nicotiana plumbaginifolia)、林菸草(Nicotiana sylvestris)、煙 (Nicotiana tabacum) > Oenotherea hookeri> M (Oryza sativa) >41 (Petunia
hybrida) > 豆(Phaseolus vulgaris) > 展 Bf ^lJ Bf || (Physcomitrella patens) > H 松(Pinus tunbergii)、豌豆(Pisum sativum)、蘿蔔(Raphanus sativus)、白花妮子草(Silene pratensis)、白芥(Sinapis alba)、馬鈴薯(Solanum tuberosum)、菠菜 (Spinacea oleracea)、舌甘胃(Stevia rebaudiana)、|^ 求(Synechococcus)、_|fi_M (Synechocystis)、普通小麥(Triticum aestivum)禾口玉蜀黍(Zea mays)。IS石馬$1 月太的牛亥 ；!5歹[J 由 von Heijne ^ (Plant Molecular Biology Reporter, 9(2),104, (1991))公開，在此併入作為參考。表V顯示了 von Heijne等公開的轉運肽序列的一些實例。根據本發明，特別是實施例的公開內容，技術人員能夠將von Heijne等公開的其他核酸序列與本文公開的YRP基因或編碼YRP的基因相連，例如與表I第5和7欄所示的核酸序列(例如，針對該核酸分子，表I第6欄顯示術語「質體」)相連。編碼轉運肽的核酸序列可以源自菠菜屬(Spinacia)，例如葉綠體30S核糖體蛋白 PSrp-Ι、根醯基載體蛋白II、醯基載體蛋白、ATP合酶γ亞基、ATP合酶δ亞基、細胞色素f、鐵氧還蛋白I、鐵氧還蛋白NADP氧化還原酶(=FNR)、亞硝酸還原酶、磷酸核酮糖激酶、質體藍素或碳酸酐酶。技術人員將會意識到編碼轉運肽的多種其他核酸序列能夠容易地從作為前體由核基因表達然後靶向質體的質體定位蛋白質中分離。此類轉運肽編碼序列可用於構建其他表達構建體。有利地用於本發明的方法中且為本發明核酸序列和蛋白質的一部分的轉運肽，一般長度20-120個胺基酸，優選25-110、30-100或35-90個胺基酸，更優選40-85個胺基酸，最優選45-80個胺基酸，並在翻譯後發揮作用以使蛋白質定向到質體優選葉綠體中。編碼此類轉運肽的核酸序列定位在編碼成熟蛋白質的核酸序列的上遊。為了轉運肽編碼核酸與待靶向蛋白質的編碼核酸之間的正確分子連接，有時候需要在連接位置引入額外的鹼基對，這形成可用於不同核酸分子的分子連接的限制性酶識別序列。此方法可能在成熟輸出蛋白質的N-末端產生極少的額外胺基酸，其通常且優選不幹擾蛋白質功能。在任何情況下，需要仔細選擇連接位置處形成限制性酶識別序列的的額外鹼基對，以避免形成終止密碼子或編碼對蛋白質摺疊有強烈影響的胺基酸例如脯氨酸的密碼子。優選此類額外的密碼子編碼結構上靈活的小胺基酸如甘氨酸或丙氨酸。如上文所述，可以將編碼YRP、例如表II第3或5欄所示的蛋白質以及如表I第7 欄所公開的其同源物的核酸序列與編碼轉運肽的核酸序列連接，例如，如果表I第6欄針對該核酸分子顯示有術語「質體」的話。編碼轉運肽的核酸序列確保蛋白質運輸到相應的細胞器特別是質體中。待表達基因的核酸序列和編碼轉運肽的核酸序列有效連接。因此，轉運肽與編碼YRP、例如表II第3或5欄所示的蛋白質以及如表I第7欄所公開的其同源物的核酸序列(例如，如果針對該核酸分子表I第6欄顯示有術語「質體」的話)符合讀框融
I=I O
30
根據本發明的術語「細胞器」應表示例如「線粒體」或「質體」。根據本發明的術語 「質體」旨在包括各種形式的質體，包括原質體、葉綠體、色質體、老質體(gerontoplast)、白色體、造粉體、油質體和黃化質體，優選葉綠體。它們均具有共同的祖先即前述原質體。其他轉運肽由khmidt 等(J. Biol. Chem. 268 (36)、27447 (1993) )、Della-Cioppa 等(Plant. Physiol. 84,965 (1987)), de Castro Silva Filho 等(Plant Mol. Biol.30， 769 (1996)) ,Zhao 等(J. Biol. Chem. 270 (11) ,6081 (1995))、Riimer等(Biochem. Biophys. Res. Commun. 196(3)、1414 (1993))、Keegstra 等(Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 40,471(1989))、Lubben 等(Photosynthesis Res. 17，173 (1988))和 Lawrence 等 (J. Biol. Chem. 272 (33) ,20357 (1997))公開。有關靶向的綜述由 Kermode Allison R.在 Critical Reviews in Plant Science 15 (4), 285 (1996)在標題「植物細胞中的細胞內蛋白質轉運禾口革巴向機制(Mechanisms of Intracellular Protein Transport and Targeting in Plant Cells)」 中公開。用於本發明方法的、形成本發明核酸序列的一部分的有利的轉運肽序列一般富含羥基化胺基酸殘基(絲氨酸和蘇氨酸)，其中這兩個殘基一般佔總數的20-35%。它們往往具有不含Gly、Pro和荷電殘基的氨基末端區域。此外，他們具有許多小的疏水胺基酸，例如纈氨酸和丙氨酸，並且一般缺乏酸性胺基酸。另外，它們一般具有富含kr、Thr、Lys和Arg 的中間區域。總體上它們往往具有淨正電荷。備選地，編碼轉運肽的核酸序列可以根據現有技術中公開的轉運肽序列結構而部分或完全地化學合成。所述天然或化學合成序列可與編碼成熟蛋白質的序列直接相連，或藉助於接頭核酸序列，其可以長度一般為500個鹼基對或更少，優選450、400、350、300、250 或200個鹼基對或更少，更優選150、100、90、80、70、60、50、40或30個鹼基對或更少，最優選25、20、15、12、9、6或3個鹼基對或更少，並與編碼序列符合讀框。此外，編碼轉運肽的有利核酸序列可以包含源自一個以上生物和/或化學來源的序列，並且可以包括源自成熟蛋白質氨基末端區域的、天然狀態下與轉運肽相連的核酸序列。在本發明優選的實施方案中， 成熟蛋白質的所述氨基末端區域長度一般150個胺基酸或更少，優選140、130、120、110、 100或90個胺基酸或更少，更優選80、70、60、50、40、35、30、25或20個胺基酸或更少，最優選19、18、17、16、15、14、13、12、11或10個或更少胺基酸。但是甚至更短或更長的鏈也是可能的。另外，促進蛋白質轉運至其他細胞區室如液泡、內質網、高爾基體、乙醛酸循環體、過氧物酶體或線粒體的導向序列也可以是本發明核酸序列的部分。由本發明核酸序列翻譯的蛋白質可以是融合蛋白質類型，這意味著編碼轉運肽的核酸序列例如表V所示的那些，例如該表中的最後一個連接於YRP基因，例如表I第5和7 欄所示的核酸序列，例如，如果針對該核酸分子表I第6欄顯示有術語「質體」的話。本領域技術人員能夠使所述序列以有功能的方式連接。有利地，在轉運(優選至質體)期間，轉運肽部分自YRP例如自表II第5和7欄所示的蛋白質部分切割下來。表V末行所示的優選轉運肽的所有切割產物優選在YRP例如表II第5和7欄所述蛋白質的起始甲硫氨酸之前具有N-末端胺基酸序列QIA CSS或QIA EFQLTT。在YRP例如表II第5和7欄所述蛋白質的起始甲硫氨酸之前，範圍1-20個胺基酸，優選2-15個胺基酸、更優選3-10個胺基酸、 最優選4-8個胺基酸的其他短胺基酸序列也是可行的。在胺基酸序列QIA CSS的情況下， 起始甲硫氨酸之前的3個胺基酸源自於LIC(=連接不依賴性克隆)盒。在表達大腸桿菌基因的情況下優選所述短胺基酸序列。在胺基酸序列QLAEFQLTT的情況下，起始甲硫氨酸之前的6個胺基酸源自於LIC盒。在表達釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因的情況下優選所述短胺基酸序列。技術人員知曉其他短序列也可用於表達YRP基因，例如表I 第5和7欄所述的基因。此外，技術人員明白在表達所述基因方面此類短序列並非必需的。表V :von Heijne等公開的轉運肽的實例
權利要求
1.產生與相應的野生型植物相比產量增加的植物的方法，其中所述方法包括至少如下步驟在植物或其部分中增加或產生選自以下的一種或多種活性17. 6kDa I類熱休克蛋白、26. 5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLL1280-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、 YKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質活性。
2.產生與相應野生型植物相比產量增加的植物的方法，其中所述方法包括選自以下的至少一個步驟(i)增加或產生包含分別如表II或表IV第5欄或第7欄所示的多肽、共有序列或至少一種多肽基序的多肽的活性；( )增加或產生包含表I第5欄或第7欄所示多核苷酸的核酸分子編碼的表達產物的活性，和(iii)增加或產生⑴或( )的功能等同物的活性。
3.權利要求1或2的方法，其包括(i)增加或產生至少一種核酸分子的表達；和/或( )增加或產生至少一種核酸分子編碼的表達產物的表達；和/或(iii)增加或產生至少一種核酸分子編碼的表達產物的一種或多種活性，其中所述至少一個核酸分子包含選自以下的核酸分子(a)編碼表II第5欄或第7欄所示多肽的核酸分子；(b)表I第5欄或第7欄所示的核酸分子；(c)核酸分子，其由於遺傳密碼簡併性衍生自表II第5欄或第7欄所示的多肽序列，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(d)核酸分子，其與包含表I第5欄或第7欄所示核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有約80%或更高的同一性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(e)核酸分子，其編碼的多肽與(a)至(c)中核酸分子所編碼多肽的胺基酸序列具有約 95%或更高的同一性，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(f)核酸分子，其與(a)至(c)中的核酸分子在嚴格雜交條件下雜交，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(g)核酸分子，其編碼的多肽可藉助於針對(a)至(e)中核酸分子之一所編碼的多肽製備的單克隆或多克隆抗體分離，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(h)核酸分子，其編碼的多肽包含表IV第7欄所示的共有序列或一種或多種多肽基序， 且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(i)核酸分子，其編碼的多肽具有表II第5欄所示蛋白質所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(j)核酸分子，其包含通過利用表III第7欄的引物擴增cDNA文庫或基因組文庫而獲得的多核苷酸，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性； 和k)核酸分子，其可通過在嚴格雜交條件下，用包含(a)或(b)中核酸分子的互補序列的探針或用其片段來篩選適宜的核酸文庫而獲得，且編碼具有包含表II第5欄所示多肽的蛋白質所呈現的活性的多肽，其中所述探針片段具有(a)至(e)中所表徵的核酸分子序列的互補核酸分子的約50nt或更多。
4.產生與相應未轉化野生型植物相比產量增加的轉基因植物的方法，所述方法包括用核酸分子轉化植物細胞或植物細胞核或植物組織，所述核酸分子包含選自以下的核酸分子(a)編碼表II第5欄或第7欄所示多肽的核酸分子；(b)表I第5欄或第7欄所示的核酸分子；(c)核酸分子，其由於遺傳密碼簡併性衍生自表II第5欄或第7欄所示的多肽序列，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(d)核酸分子，其與包含表I第5欄或第7欄所示核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有至少約95%的同一性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(e)核酸分子，其編碼的多肽與(a)至(c)中核酸分子所編碼多肽的胺基酸序列具有至少約95%的同一性，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(f)核酸分子，其與(a)至(c)中的核酸分子在嚴格雜交條件下雜交，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(g)核酸分子，其編碼的多肽可藉助於針對(a)至(e)中核酸分子之一所編碼的多肽製備的單克隆或多克隆抗體分離，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(h)核酸分子，其編碼的多肽包含表IV第7欄所示的共有序列或一種或多種多肽基序， 且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(i)核酸分子，其編碼的多肽具有表II第5欄所示蛋白質所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(j)核酸分子，其包含通過利用表III第7欄的引物擴增cDNA文庫或基因組文庫而獲得的多核苷酸，且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性； 和k)核酸分子，其可通過在嚴格雜交條件下，用包含(a)或(b)中核酸分子的互補序列的探針或用其片段來篩選適宜的核酸文庫而獲得，且編碼具有包含表II第5欄所示多肽的蛋白質所呈現的活性的多肽，其中所述探針片段具有(a)至(e)中所表徵的核酸分子序列的互補核酸分子的至少約400nt ；並從轉化的植物細胞核、植物細胞或植物組織再生具有增加產量的轉基因植物。
5.根據權利要求2至4中任一項的方法，其中增加或產生的一種或多種活性分別為 17. 6kDa I類熱休克蛋白、26. 5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸 1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、 B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b 還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA 家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、YKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質活性。
6.根據權利要求1至5中任一項的方法，與相應野生型植物相比在標準生長條件、低溫、乾旱或非生物脅迫條件下導致增加的產量。
7.分離的核酸分子，其包含選自以下的核酸分子(a)編碼表IIB第5欄或第7欄所示多肽的核酸分子；(b)表IB第5欄或第7欄所示的核酸分子；(c)核酸分子，其由於遺傳密碼簡併性衍生自表II第5欄或第7欄所示的多肽序列，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(d)核酸分子，其與包含表I第5欄或第7欄所示核酸分子的多核苷酸的核酸分子序列具有至少約95%的同一性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(e)核酸分子，其編碼的多肽與(a)至(c)中核酸分子所編碼多肽的胺基酸序列具有至少約95%的同一性，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(f)核酸分子，其與(a)至(c)中的核酸分子在嚴格雜交條件下雜交，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(g)核酸分子，其編碼的多肽可藉助於針對(a)至(e)中核酸分子之一所編碼的多肽製備的單克隆或多克隆抗體分離，並具有包含表I第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(h)核酸分子，其編碼的多肽包含表IV第7欄所示的共有序列或一種或多種多肽基序， 且優選具有包含表II或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性；(i)核酸分子，其編碼的多肽具有表II第5欄所示蛋白質所呈現的活性，且賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量；(j)核酸分子，其包含通過利用表III第7欄的引物擴增cDNA文庫或基因組文庫而獲得的多核苷酸，且優選具有包含表Π或IV第5欄所示多核苷酸的核酸分子所呈現的活性； 和(k)核酸分子，其可通過在嚴格雜交條件下，用包含(a)或(b)中核酸分子的互補序列的探針或用其片段來篩選適宜的核酸文庫而獲得，且編碼具有包含表II第5欄所示多肽的蛋白質所呈現的活性的多肽，其中所述片段具有(a)至(e)中所表徵的核酸分子序列的互補核酸分子的至少約400nt。
8.權利要求7的核酸分子，其中根據(a)至(k)的核酸分子與表IA第5欄或第7欄所示的序列具有至少一個或多個核苷酸的差異，所述核酸分子優選編碼與表IIA第5欄或第 7欄所示的蛋白質序列具有至少一個或多個胺基酸差異的蛋白質。
9.賦予權利要求7或8的所述核酸分子的表達的核酸構建體，其包含一種或多種調控元件。
10.包含權利要求7或8所述的核酸分子或權利要求9的核酸構建體的載體。
11.產生多肽的方法，其中所述多肽在如權利要求11所述的宿主細胞核或宿主細胞中表達。
12.多肽，其由權利要求12所述的方法產生，或由權利要求7或8所述的核酸分子編碼，或如表II B所示，其中所述多肽與表IIA所示的序列具有一個或多個胺基酸的差異。
13.抗體，其與如權利要求13所述的多肽特異性結合。
14.植物細胞核、植物細胞、植物組織、繁殖材料、花粉、子代、收穫材料或植物，其包含如權利要求7或8所述的核酸分子，或如權利要求11所述的宿主細胞核或宿主細胞。
15.植物細胞核、植物細胞、植物組織、繁殖材料、種子、花粉、子代或植物部分，其再生後能夠得到產量增加的植物；或產量增加的植物；或其部分；其所述與相應野生型相比增加的產量通過根據權利要求1至6中任一項的方法，或通過轉化如權利要求7或8所述的核酸分子或權利要求9的核酸構建體而產生。
16.權利要求15的轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、轉基因植物或其部分，來源於單子葉植物。
17.權利要求15的轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、轉基因植物或其部分，來源於雙子葉植物。
18.權利要求15的轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、轉基因植物或其部分，其中相應的植物選自玉米(玉蜀黍)、小麥、黑麥、燕麥、黑小麥、稻、大麥、大豆、花生、棉花、油菜籽油菜、包括卡諾拉油菜和冬油菜籽油菜、木薯、胡椒、向日葵、亞麻、琉璃苣、紅花、亞麻子、櫻草、油菜籽、球莖甘藍(turnip rape)、萬壽菊、茄科植物、包括馬鈴薯、菸草、茄子、番茄；蠶豆屬、豌豆、苜蓿、咖啡、可可、茶、柳屬、油棕、椰子、多年生草、飼料作物和擬南芥。
19.權利要求15的轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、轉基因植物或其部分，其中植物選自玉米、大豆、油菜籽油菜(包括卡諾拉油菜和冬油菜籽油菜)、棉花、小麥和稻。
20.包含權利要求14至19任一項的一種或多種植物細胞核或植物細胞、子代、種子或花粉的轉基因植物，或由權利要求14至19中任一項的轉基因植物產生的轉基因植物。
21.包含源自權利要求6至9中任一項的轉基因植物或由權利要求6至9中任一項的轉基因植物產生的一種或多種所述轉基因植物細胞核或植物細胞、子代、種子或花粉的轉基因植物、轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、植物，其中所述包含一種或多種所述轉基因植物細胞核或植物細胞、子代、種子或花粉的轉基因植物、轉基因植物細胞核、轉基因植物細胞、植物在遺傳上對於如下轉基因而言是純合的，所述轉基因賦予轉基因植物或其部分與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加的產量。
22.用於在植物細胞、轉基因植物或其部分中鑑定在轉基因植物或其部分中賦予與相應未轉化的野生型植物細胞相比增加產量的化合物的方法，其包括步驟(a)培養植物細胞；表達權利要求12的多肽和讀出系統的轉基因植物或其部分，其中所述讀出系統能夠在允許所述多肽與所述讀出系統在化合物或含有多種化合物的樣品的存在下相互作用的適宜條件下與所述多肽相互作用，且能夠在允許所述表達讀出系統以及由權利要求12的核酸分子編碼的多肽表達的條件下，響應化學化合物與所述多肽的結合而提供可檢測的信號；(b)通過檢測所述讀出系統所產生的信號的存在或不存在或增加，來鑑定所述化合物是否為有效的激動劑。
23.產生農業組合物的方法，其包括權利要求22的方法的步驟，和以農業應用可接受的形式配製權利要求22的方法中所鑑定的化合物。
24.組合物，其包含權利要求7或8的核酸分子，權利要求9的核酸構建體，權利要求 10的載體，權利要求12的多肽，權利要求22的化合物，和/或權利要求13的抗體；和任選的可農業使用的載體。
25.權利要求12的多肽或核酸分子，其選自酵母或大腸桿菌。
26.權利要求7或8的核酸在製備與相應未轉化野生型植物相比產量增加的植物中的用途。
27.根據權利要求7或8的核酸作為標記物在鑑定或選擇與相應未轉化野生型植物相比產量增加的植物中的用途。
28.根據權利要求17的核酸或其部分作為標記物在檢測植物或植物細胞產量增加中的用途。
29.鑑定產量增加的植物的方法，其包括對一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分的群體篩選選自以下的活性17. 6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2-Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、BU89-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、 ⑶S5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、 SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、IL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質活性，將所述活性水平與參照的活性水平進行比較；鑑定與參照相比活性增加的一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分，任選地由所鑑定的植物細胞核、細胞或組織產生植物。
30.鑑定產量增加的植物的方法，其包括對一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分的群體篩選編碼賦予選自以下活性的多肽的核酸的表達水平17. 6kDa I類熱休克蛋白、26. 5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2_Cys過氧化物氧還蛋白、 3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B^40_蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、CDS5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ 1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLLU80-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、YKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質活性，將所述表達水平與參照進行比較；鑑定與參照相比表達水平增加的一種或多種植物細胞核、植物細胞、植物組織或植物或其部分，任選地由所鑑定的植物細胞核、細胞或組織產生植物。
31.根據權利要求1至6中任一項的方法或根據權利要求14至20中任一項的植物，其中所述植物顯示改進的產量相關性狀。
32.根據權利要求1至6中任一項的方法或根據權利要求14或15中任一項的植物，其中所述植物顯示改進的養分利用效率和/或非生物脅迫耐受性。
33.根據權利要求1至6中任一項的方法或根據權利要求14至20中任一項的植物，其中所述植物顯示改進的增加的低溫耐受性。
34.根據權利要求1至6中任一項的方法或根據權利要求14至20中任一項的植物，其中所述植物顯示可收穫產量的增加。
35.根據權利要求1至6中任一項的方法或根據權利要求14至20中任一項的植物，其中所述植物顯示改進，其中產量增加基於每株植物或相對於特定的可耕作面積來計算。
36.增加植物群體產量的方法，其包含檢查種植地區的生長溫度，將所述溫度與考慮種植的植物物種或品種的最佳生長溫度進行比較，如果生長溫度對於該考慮種植的植物物種或品種的種植和生長不是最佳的，則種植和生長權利要求14至20或31至35中任一項的植物。
37.前述權利所述的方法，其包含收穫產生或種植的植物的植物或部分，並用收穫的植物或其部分產生燃料，或從其中產生燃料。
38.前述權利所述的方法，其中所述植物是可用於澱粉生產的植物，所述方法包括收穫可以用於澱粉分離的植物部分，並由該植物部分分離澱粉。
全文摘要
產生與相應的野生型植物相比產量增加的植物的方法，所述方法包括至少如下步驟在植物或其部分中增加或產生選自以下的一種或多種活性17.6kDa I類熱休克蛋白、26.5kDa I類小熱休克蛋白、26S蛋白酶亞基、2-Cys過氧化物氧還蛋白、3-脫氫奎寧酸合酶、5-酮-D-古洛糖酸鹽-5-還原酶、天冬醯胺合成酶A、天冬氨酸1-脫羧酶前體、ATP-依賴性RNA解旋酶、B0567-蛋白質、B1088-蛋白質、B1289-蛋白質、B2940-蛋白質、鈣聯接蛋白同源物、CDS5399-蛋白質、染色質結構重組複合體蛋白、D-胺基酸脫氫酶、D-阿拉伯糖-1，4-內酯氧化酶、δ1-吡咯啉-5-羧酸鹽還原酶、甘氨酸裂解複合體硫辛醯蛋白、酮脫氧葡糖酸激酶、硫辛醯合酶、低分子量熱休克蛋白、微粒體細胞色素b還原酶、線粒體核糖體蛋白質、有絲分裂關卡蛋白、單脫氫抗壞血酸還原酶、百草枯誘導性蛋白質B、磷酸酶、磷酸葡糖胺變位酶、蛋白質解聚蛋白伴侶、蛋白激酶、丙酮酸脫羧酶、recA家族蛋白、硫氰酸酶相關的硫轉移酶、核糖核酸酶P蛋白質組分、核糖體調節因子、感應組氨酸激酶、絲氨酸羥基甲基轉移酶、SLL1280-蛋白質、SLL1797-蛋白質、膜小脂蛋白、核仁小核糖核蛋白複合體亞基、硫酸酯酶、轉錄起始因子亞基、四旋蛋白、tRNA連接酶、木葡聚糖半乳糖基轉移酶、YKL130C-蛋白質、YLR443W-蛋白質、YML096W-蛋白質和鋅指家族蛋白質活性。
文檔編號A01H5/00GK102264907SQ200980151953
公開日2011年11月30日 申請日期2009年10月2日 優先權日2008年10月23日
發明者莫林納羅 A·I·桑茲, C·勒佐, G·裡特, H·舍恩, K·布魯因希爾斯, O·布萊辛, O·蒂姆, S·范德納比利, V·弗蘭卡德, Y·海茨費爾德 申請人:巴斯夫植物科學有限公司