具有有用性状的植物和相关方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201280031753.8 (22)申请日 2012.05.02 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 103796508 A (43)申请公布日 2014.05.14 (30)优先权数据 61/481,519 2011.05.02 US 61/540,236 2011.09.28 US (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.12.26 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/036082 2012.05.02 (87)PCT国际申请的公布数

2、据 WO2012/151254 EN 2012.11.08 (73)专利权人 内布拉斯加大学评议会 地址 美国内布拉斯加州 (72)发明人 SA麦肯齐 R德拉罗萨桑塔玛里亚 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 陈文平 徐志明 (51)Int.Cl. A01H 1/00(2006.01) C12N 15/82(2006.01) A01H 5/00(2006.01) C12N 15/00(2006.01) (56)对比文件 US 2004/0210962 A1,2004.10.21, US 2006/0248613 A1,2006.11.02, Vikas Shedge

3、,et alExtensive Rearrangement of the Arabidopsis Mitochondrial Genome Elicits Cellular Conditions for Thermotolerance. plant physiology .2010,第152卷第1960-1970页. Sandhu et alTransgenic induction of mitochondrial rearrangements for cytoplasmic male sterility in crop plants. PNAS .2007,第104卷(第6期),第1766-

4、 1770页. 审查员 方晓云 (54)发明名称 具有有用性状的植物和相关方法 (57)摘要 本发明提供了通过瞬时抑制植物的MSH1基 因获得呈现出有用性状的植物的方法。 还提供了 用于鉴定植物中提供有用性状的遗传基因座的 方法以及用那些基因座产生的植物。 此外， 提供 了呈现出有用性状的植物、 包括种子的植物部分 和植物产品， 以及使用所述植物的方法。 权利要求书1页 说明书46页 序列表31页 附图18页 CN 103796508 B 2017.05.03 CN 103796508 B 1.一种用于产生呈现出提高的产量的植物系的方法， 其包括步骤： a.抑制第一亲本植物或植物细胞中一个或多

5、个MSH1基因的表达； b.从步骤(a)的所述亲本植物回收其中MSH1功能恢复的后代植物； c.针对提高的产量筛选获自所述步骤(b)的回收后代植物的后代植物群体， 其中所述 后代植物群体表达MSH1； 和 d.选择表达MSH1的具有提高的产量的后代植物系， 其中所述提高的产量与所述后代植 物系细胞的核中一个或多个改变的染色体位点的染色体DNA甲基化相关， 是可遗传的且是 可逆的。 2.权利要求1的方法， 其中所述方法进一步包括从以下植物产生种子的步骤： i)步骤 (d)的自交后代植物系， ii)步骤(d)的异型杂交后代植物系， 或iii)来自步骤(d)的自交和 异型杂交后代植物系两者。 3.权

6、利要求2的方法， 其中所述方法进一步包括分析所述种子或从所述种子生长的植 物中提高的产量的存在的步骤。 4.权利要求1的方法， 其中所述第一亲本植物或植物细胞包含可以抑制MSH1表达的转 基因。 5.权利要求4的方法， 其中所述转基因选自通过产生小抑制RNA(siRNA)、 微RNA (miRNA)、 共同抑制正义RNA和/或反义RNA来抑制MSH1表达的转基因的组。 6.权利要求1的方法， 其中通过将雌性植物与不同的雄性植物杂交来获得所述的第一 亲本植物或植物细胞， 其中所述雌性或雄性植物中的至少一个包含抑制所述亲本植物的内 源性MSH1基因表达的转基因， 并且其中所述植物在引入所述转基因之

7、前是等基因近交系。 7.权利要求1的方法， 其中在所述第一亲本植物或植物细胞中的MSH1抑制之前， 所述第 一亲本植物或植物细胞与所述第二亲本植物是等基因的。 8.权利要求1的方法， 其中步骤(d)的所述后代植物系相对于未发生MSH1表达抑制的亲 本植物系呈现出产量的提高。 9.权利要求8的方法， 其中所述产量的提高不是通过所述后代植物的线粒体中的亚化 学计量转移(SSS)引起的。 10.权利要求1的方法， 其中步骤(d)中的所述后代植物系与未发生MSH1表达抑制但其 他方面与所述第一亲本植物或植物细胞等基因的植物相比呈现出产量的提高。 11.权利要求1的方法， 其中所述植物是作物植物。 12

8、.权利要求11的方法， 其中所述作物植物选自玉米、 大豆、 棉花、 加拿大油菜、 小麦、 水 稻、 西红柿、 烟草、 粟和高粱。 13.权利要求12的方法， 其中所述作物是高粱。 14.权利要求13的方法， 其中所述作物植物呈现出选自穗长、 穗重、 干生物量及其组合 的性状的改善。 15.一种用于产生一批种子的方法， 包括将通过权利要求1的方法产生的具有与一个或 多个改变的染色体位点的染色体DNA甲基化相关的产量提高的植物群体自交， 并由此收获 种子的步骤， 其中收获的种子或从其获得的植物呈现出产量的提高。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 103796508 B 2 具有有用性状的植

9、物和相关方法 0001 相关申请的交叉参考 0002 依据35U.S.C. 119(e)， 本申请要求2011年9月28日提交的U.S.临时申请No.61/ 540236的权益 （按引用将其全部并入本文中） 和2011年5月2日提交的U.S.临时申请No.61/ 481519的权益 （按引用将其全部并入本文中） 。 0003 序列表的并入 0004 与本说明书一起通过电子提交 （使用美国专利局EFS-Web提交系统） 提交了75,938 字节大小 （如在操作系统MS-Windows中测量的） 的并且在2012年5月1日形成的文件名为 “46589_103289_SEQ_LST.txt” 中包含

10、的序列表按引用全文并入本文中。 0005 关于联邦政府资助研究或开发的声明 0006 依据能源部 （DE-FG02-07ER15564和DE-FG02-10ER16189） 和国家科学基金 （IOS0820668和IOS1126935） 的授权， 通过政府支持完成了本发明。 政府对本发明具有特定 的权利。 0007 发明背景 0008 MSH1基因表示陆生植物内的基因结构中经历了至少两个重要变化的MutS同源物 （Abdelnoor等， 2003） 。 MutS是参与错配修复和抑制同源重组的原核基因。 与直接的蛋白- DNA相互作用模型一致， MSH1不仅编码DNA结合结构域 （结构域I） 和

11、ATP酶结构域 （结构域V） ， 而且在其进化早期经历了基因融合以获取羧基端GIY-YIG型核酸内切酶结构域 （结构域VI） （Abdelnoor等， 2006） 。 该蛋白质也已经获得了结构域II、 III和IV， 显示为在所有陆生植物 中是非常保守的。 这种基因结构的复杂性表明MSH1已经在植物中获得了新的功能。 尽管在 真核生物世系中鉴定了众多MutS同源物， 但没有发现陆生植物以外的基因展示出MSH1的不 寻常特征。 0009 已经使用MSH1无效 （EMS和T-DNA插入） 突变体 （即， msh1突变体） 通过MSH1RNAi抑制 在拟南芥属 （Arabidopsis） 中和在其他

12、植物物种中研究了MSH1功能 （Sandhu等， 2007； Xu等， 2011） 。 从这些研究显露的是RNAi抑制的表型结果在物种之间是非常相似的， 包括叶杂色 性、 细胞质雄性不育 （CMS） 、 降低的生长速率表型、 延迟开花或不开花表型和增强的对病原 体的易感性。 暴露于热 （Shedge等， 2010） 、 高光应激 （Xu等， 2011） 和其他环境应激条件 （Hruz 等， 2008） 导致显著降低的MSH1转录产物水平。 0010 最初的MSH1研究表明了其对植物线粒体基因组稳定性的直接影响。 拟南芥属中的 无效msh1突变体在47个线粒体重复片段处呈现出增强的重组活性， 其

13、经过多代形成了显著 的基因组重排。 MSH1破坏的基因组结果是亚化学计量转移(substoichiometric shifting) （SSS） 过程 （Arrieta-Montiel等， 2009） 。 SSS活性产生了线粒体基因组的部分的相对拷贝数 的剧烈变化， 引起存在于受影响的亚基因组上的基因的选择性扩增或抑制。 对于这些基因 组变化存在表型后果； SSS过程参与细胞质雄性不育的表达 （Sandhu等， 2007） 以及其在自然 群体中自发回复成可育的 （Janska等， 1998； Bellaoui等， 1998； Davila等， 2011； Mackenzie， 2011） 。

14、实际上， 作为植物中的繁殖策略， MSH1可以在雌全异体(gynodioecy)的演化中起作 用 （McCauley和Olson， 2008） 。 说 明 书 1/46 页 3 CN 103796508 B 3 0011 在克隆和鉴定为MutS同源物之前， MSH1基因首先被G.Redei命名为叶绿体突变基 因（CHM）， 因为其突变导致似乎由叶绿体功能障碍引起的 杂色性和改变的生长 （Redei1973） 。 实际上， MSH1编码双重靶向的蛋白质。 MSH1-GFP转基因融合蛋白定位在线粒 体和质体类核中 （Xu等， 2011） 。 类核是小的、 致密的蛋白质-RNA-DNA复合物， 其包

15、封细胞器 （organellar） 基因组。 然而， 与线粒体不同， 在重组普遍的情况中， 在msh1突变体中没有观 察到增强的叶绿体重复片段介导的重组的证据。 可能MSH1破坏影响了质体基因组的复制特 征。 0012 总之， 上述参考文献中已经公开的MSH1抑制的效应限于对植物线粒体和质体的作 用。 0013 在植物和动物中， 存在支持环境感知和表观遗传改变之间的关联的证据 （Bonasio 等， Science330， 612， 2010） 。 这些改变的跨世代 （trans-generational） 遗传性仍然是活跃 研究的主题 （Youngson等， Annu.Rev.Genom.H

16、uman Genet.9， 233， 2008） 。 之前的研究已经显 示出改变的甲基化模式在多个世代中是高度可遗传的， 并且可以结合到变异的定量分析中 （Vaughn等， 2007； Zhang等， 2008； Johannes等， 2009） 。 较早在拟南芥属中的甲基化变化的研 究表明了表观基因组 （epigenome） 对轮回选择的顺应性， 并且还表明了建立新的和稳定的 表观遗传状态是可行的 （F.Johannes等， PLoS Genet.5， e1000530 （2009） ； F.Roux等， Genetics188， 1015 （2011） ） 。 拟南芥met1和ddmt突变

17、体的操纵已经允许形成epi-RIL群， 其 显示出新的甲基化模式化的遗传性和表观等位基因分离 （epiallelic segregation） ， 强调 了植物适应中表观基因组变异的可能影响 （F.Roux等， Genetics188， 1015 （2011） ） 。 在自然 群体中， 发现在拟南芥中检测到的大部分的表观等位基因变异是基因组的基因富集区内的 CpG甲基化 （C.Becker等， Nature480， 245 （2011） ， R.J.Schmitz等， Science334， 369 （2011） ） 。 0014 发明概述 0015 本文中提供了用于产生呈现出有用性状的植物的

18、方法、 用于鉴定植物中可以赋予 有用性状的一个或多个改变的染色体位点的方法、 用于获得包含可以赋予有用性状的改变 的染色体位点的植物的方法、 呈现出有用性状的植物、 那些植物的部分 （包括细胞、 叶、 茎、 花和种子） 、 使用所述植物和植物部分的方法以及那些植物和植物部分的产品， 包括加工的 产品如饲料或膳食。 0016 在特定的实施方案中， 提供了用于产生呈现出有用性状的植物的方法， 其包括步 骤： a） 抑制第一亲本植物或植物细胞中一个或多个MSH1基因的表达； b） 将步骤 （a） 的亲本植 物、 步骤 （a） 的亲本植物的后代、 获自步骤 （a） 的植物细胞的植物或获自步骤 （a）

19、的植物细胞 的植物的后代与其中MSH1未受抑制的第二植物异型杂交； c） 针对至少一种有用的性状筛选 获自步骤 （b） 的异型杂交的后代植物群体， 其中所述后代植物群体的一部分表达MSH1； 和d） 选择表达MSH1的包含所述性状的后代植物， 其中该性状是可遗传的和可逆的。 在这些方法 的特定实施方案中， 所述性状与一个或多个改变的染色体位点相关。 在特定的实施方案中， 这样的改变的染色体位点可以包含甲基化的位点。 在特定的实施方案中， 提供了用于产生 呈现出有用性状的植物的方法， 其包括步骤： a） 抑制第一亲本植物或植物细胞中一个或多 个MSH1基因的表达； b） 将步骤 （a） 的亲本植

20、物、 步骤 （a） 的亲本植物的后代、 获自步骤 （a） 的 植物细胞的植物或获自步骤 （a） 的植物细胞的植物的后代与其中MSH1未受抑制的第二植物 异型杂交； c） 针对至少一种有用的性状筛选获自步骤 （b） 的异型杂交的后代植物群体， 其中 说 明 书 2/46 页 4 CN 103796508 B 4 后代植物群体的一部分表达MSH1； 和d） 选择表达MSH1的包含所述性状的后代植物， 其中该 性状与一个或多个突变的染色体位点相关。 在特定的实施方案中， 突变的染色体位点包含 核苷酸倒位、 插入、 删除、 置换或其组合。 在特定的实施方案中， 染色体位点包含可逆的突 变。 在特定的实

21、施方案中， 染色体位点包含不可逆的突变。 在前述任一方法的特定实施方案 中， 所述方法进一步包括从以下植物产生种子的步骤： i） 步骤 （d） 的自交后代植物， ii） 步骤 （d） 的异型杂交的后代植物， 或iii） 来自步骤 （d） 的自交和异型杂交的后代植物两者。 在特 定的实施方案中， 所述方法可以进一步包括分析种子或从种子生长的植物中所述性状的存 在的步骤。 在前述任一方法的特定实施方案中， 第一亲本植物或植物细胞包含可以抑制 MSH1表达的转基因。 在所述方法的特定实施方案中， 转基因选自通过产生小抑制RNA （siRNA） 、 微RNA （miRNA） 、 共同抑制正义RNA和/

22、或反义RNA抑制MSH1表达的转基因的组。 在前 述任一方法的特定实施方案中， 可以通过将雌性植物与不同的雄性植物杂交来获得第一亲 本植物或植物细胞， 其中雌性或雄性植物中的至少一个包含抑制亲本植物的内源性MSH1基 因表达的转基因， 并且其中植物在引入转基因之前是等基因近交系。 在前述任一方法的特 定实施方案中， 在第一亲本植物或植物细胞中的MSH1抑制之前， 第一亲本植物或植物细胞 与第二亲本植物是等基因的。 在前述任一方法的特定实施方案中， 性状选自产量、 雄性不 育、 不开花、 对生物应激的抗性和对非生物应激的抗性。 在特定的实施方案中， 非生物应激 可以选自干旱胁迫、 渗透应激、 氮

23、应激、 磷应激、 矿物质应激、 热应激、 冷应激和/或光应激。 在特定的实施方案中， 对非生物应激的抗性可以包括耐旱性、 耐高光性、 耐热性、 耐冷性和 耐盐性。 在所述方法的特定实施方案中， 生物应激可以选自植物真菌病原体、 植物细菌病原 体、 植物病毒病原体、 昆虫、 线虫和食草动物及其任意组合。 在前述任一方法的特定实施方 案中， 性状不是由后代植物的线粒体中的亚化学计量转移 （SSS） 引起的。 在前述任一方法的 特定实施方案中， 性状是雄性不育， 并且不是由于后代植物的线粒体中的亚化学计量转移 （SSS） 引起的。 在前述任一方法的特定实施方案中， 与未发生MSH1表达抑制但其他方面

24、与第 一亲本植物或植物细胞亲本植物等基因的植物相比， 步骤 （d） 中的后代植物或其后代呈现 出性状的提高。 在前述任一方法的特定实施方案中， 植物是作物植物。 在前述任一方法的特 定实施方案中， 作物植物选自棉花、 加拿大油菜(canola)、 小麦、 大麦、 亚麻、 燕麦、 黑麦、 草 皮草 （turf grass） 、 甘蔗、 苜蓿、 香蕉、 花茎甘蓝、 卷心菜、 胡萝 卜、 木薯、 花椰菜、 芹菜、 柑桔、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋葱、 莴苣、 豌豆、 花生、 胡椒、 马铃薯、 白杨、 松树、 向日葵、 红花、 大 豆、 草莓、 甜菜、 红薯、 烟草、 木薯、 花椰菜、 芹菜

25、、 柑桔、 棉花、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋葱、 莴 苣、 豌豆、 花生、 胡椒、 马铃薯、 白杨、 松树、 向日葵、 红花、 草莓、 甜菜、 红薯、 烟草、 木薯、 花椰 菜、 芹菜、 柑桔、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋葱、 莴苣、 豌豆、 花生、 胡椒、 白杨、 松树、 向日葵、 红 花、 大豆、 草莓、 甜菜、 烟草、 麻风树属 （Jatropha） 、 亚麻荠属 （Camelina） 和龙舌兰属 （Agave） 。 在前述任一方法的特定实施方案中， 作物植物选自玉米、 大豆、 棉花、 加拿大油菜、 小麦、 水稻、 西红柿、 烟草、 粟和高粱。 在前述任一方法的特定实施

26、方案中， 作物是高粱。 在前 述任一方法的特定实施方案中， 作物是高粱， 并且所述性状选自穗长、 穗重、 干生物量及其 组合。 0017 本文中还提供了呈现出由MSH1抑制导致的染色体位点中的改变和/或突变引起的 有用性状的植物、 植物部分 （包括种子） 或者植物或种子的产品。 在特定的实施方案中， 与没 有发生MSH1表达抑制但其他方面与第一亲本植物或植物细胞等基因的植物、 植物部分 （包 说 明 书 3/46 页 5 CN 103796508 B 5 括种子） 或者植物或种子的产品相比， 呈现出由MSH1抑制导致的染色体位点中的改变和/或 突变引起的有用性状的植物种子或其产品呈现出至少一种

27、有用性状的改善。 在特定的实施 方案中， 呈现出由MSH1抑制导致的染色体位点中的改变和/或突变引起的有用性状的本发 明这些植物、 种子或产品可以包含由MSH1抑制诱导的一个或多个染色体位点中的一个或多 个改变和/或突变。 在特定的实施方案中， 提供了通过前述任一方法产生的植物或作物植 物， 其中与未发生MSH1表达抑制但其他方面与第一亲本植物或植物细胞等基因的植物相 比， 作物植物呈现出至少一种有用性状的改善。 在特定的实施方案中， 上述植物或作物植物 中的任一种是近交的， 并且与一个或多个亲本植物相比， 呈现出至少一种有用性状的改善。 本文中还提供了获自上述植物或作物植物中的任一种的种子。

28、 本文中还提供了来自上述任 一植物、 作物植物或种子的加工产品， 其中所述产品包含可检测量的染色体DNA、 线粒体 DNA、 质体DNA、 质体和线粒体DNA或其任意组合。 在特定的实施方案中， 所述产品可以包含可 检测量的包含MSH1抑制诱导的一个或多个染色体位点中的一个或多个改变/或突变的染色 体DNA。 在上述任一加工产品的特定实施方案中， 产品可以是油、 粗粉、 棉绒 （lint） 、 外壳或 滤饼。 0018 本文中还提供了用于产生种子的方法， 其包括从本发明的上述任何植物或作物植 物收获种子。 在特定的实施方案中， 提供了用于产生一批种子的方法， 包括将本发明的植物 或作物植物群体

29、自交， 种植自交的植物， 并从其收获种子的步骤。 在特定的实施方案中， 收 获的种子或从其获得的植物呈现出至少一种有用性状的改善。 0019 本文中还提供了使用包含任一种改善性状的本发明的上述任一植物或作物植物 的方法， 其中所述方法包括种植、 繁殖或栽培呈现出改善的性状的本发明的植物或作物植 物。 还提供了获得提高的产量的方法， 包括收获本发明上述任一植物或作物植物的任何植 物部分， 包括种子。 在特定的实施方案中， 收获的种子或从其获得的植物呈现出至少一种有 用性状的改善。 0020 在特定的实施方案中， 提供了用于鉴定植物中可以赋予有用性状的一个或多个改 变的染色体位点的方法。 在一个实

30、施方案中， 提供了包括以下步骤的方法： a.将没有呈现出 有用性状的参照植物中的一个或多个染色体区域与呈现出有用性状的测试植物中的一个 或多个相应染色体区域相比较， 其中测试植物表达MSH1并且获自其中MSH1已经抑制的亲本 植物或植物细胞； 和b.选择参照植物中不存在的而存在于测试植物中的并且与有用性状相 关的一个或多个改变的染色体位点。 在特定的实施方案中， 改变的染色体位点包含染色体 DNA甲基化状态、 与染色体位点相关的组蛋白的翻译后修饰或其任何组合。 在特定的实施方 案中， 所述选择包括分离包含改变的染色体位点的植物或后代植物或者获得与改变的染色 体位点相关的核酸。 在特定的实施方案

31、中， 参照植物和测试植物都是获自从其中MSH1已经 抑制的亲本植物或植物细胞获得的后代植物群体。 在特定的实施方案中， 在亲本植物或植 物细胞中的MSH1抑制之前， 参照植物和亲本植物或植物细胞是等基因的。 在特定的实施方 案中， 有用的性状选自产量、 雄性不育、 不开花、 生物应激抗性和非生物应激抗性。 在特定的 实施方案中， 非生物应激可以选自干旱应激、 渗透应激、 氮应激、 磷应激、 矿物质应激、 热应 激、 冷应激和/或光应激。 在特定的实施方案中， 对非生物应激的抗性可以包括耐旱性、 耐高 光性、 耐热性、 耐冷性和耐盐性。 在所述方法的特定的实施方案中， 生物应激抗性可以选自 植物

32、真菌病原体抗性、 植物细菌病原体抗性、 植物病毒病原体抗性、 昆虫抗性、 线虫抗性和 说 明 书 4/46 页 6 CN 103796508 B 6 食草动物抗性及其任何组合。 在特定的实施方案中， 有用的性状选自增强的抗倒伏性、 提高 的生长速率、 提高的生物量、 增强的分蘖、 增强的分枝、 延迟的开花时间和延迟的衰老。 本文 中还提供了通过前述任一方法鉴定的改变的染色体位点。 这样的改变的染色体位点包含染 色体DNA甲基化状态、 与染色体位点相关的组蛋白的翻译后修饰或其任意组合。 0021 本文中还提供了包含通过前述任一方法鉴定的任何改变的染色体位点的植物。 0022 本文中还提供了用于产

33、生呈现出有用性状的植物的方法。 在特定的实施方案中， 这些方法可以包括步骤： a.将与有用性状相关的染色体修饰引入植物中， 其中染色体修饰 包括与有用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变的染色体位点、 提供与有用性状相关的由 MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的转基因或提供与有用性状相关的由 MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的染色体突变； 和b.选择包含该染色体 修饰并呈现出有用性状的植物。 在特定的实施方案中， 该方法可以进一步包括从以下植物 产生种子的步骤： i） 步骤 （b） 的选定植物的自交后代植物， ii） 步骤 （b） 的选定植物的异型杂 交后代植物，

34、或iii） 来自步骤 （b） 的选定植物的自交和异型杂交后代植物两者。 在该方法的 特定实施方案中， 染色体修饰可以包含改变的染色体位点， 并且通过分析与改变的染色体 位点相关的染色体DNA甲基化状态、 与染色体位点相关的组蛋白的翻译后修饰或其任意组 合的存在来选择植物。 在特定的实施方案中， 染色体修饰包含转基因或染色体突变， 并且通 过分析转基因或染色体突变的存在来选择植物。 在其他实施方案中， 通过分析有用性状的 存在来选择植物。 在特定的实施方案中， 染色体修饰包含改变的染色体位点， 并且改变的染 色体位点包含染色体DNA甲基化状态、 与染色体位点相关的组蛋白的翻译后修饰或其任意 组合

35、。 在特定的实施方案中， 改变的染色体位点具有包含基因表达降低的遗传效应， 并且染 色体修饰包含提供基因表达降低的转基因或染色体突变。 在其中改变的染色体位点具有包 含基因表达降低的遗传效应且染色体修饰包含转基因的特定实施方案中， 该转基因通过产 生针对该基因的小抑制RNA （siRNA） 、 微RNA （miRNA） 、 共同抑制正义RNA和/或反义RNA来降低 基因的表达。 在特定的实施方案中， 改变的染色体位点具有包含基因表达提高的遗传效应， 并且染色体修饰包含提供基因表达提高的转基因或染色体突变。 在前述任一方法的特定实 施方案中， 有用性状选自产量、 雄性不育、 不开花、 生物应激抗

36、性和非生物应激抗性。 在特定 的实施方案中， 非生物应激可以选自干旱应激、 渗透应激、 氮应激、 磷应激、 矿物质应激、 热 应激、 冷应激和/或光应激。 在特定的实施方案中， 对非生物应激的抗性可以包括耐旱性、 耐 高光性、 耐热性、 耐冷性和耐盐性。 在该方法的特定实施方案中， 生物应激可以选自植物真 菌病原体、 植物细菌病原体、 植物病毒病原体、 昆虫、 线虫和食草动物及其任何组合。 在该方 法的特定实施方案中， 有用性状选自增强的抗倒伏性、 提高的生长速率、 提高的生物量、 增 强的分蘖、 增强的分枝、 延迟的开花时间和延迟的衰老。 本文中还提供了通过前述任一方法 产生的植物。 在前述

37、任一方法的特定实施方案中， 植物是作物植物。 在前述任一方法的特定 实施方案中， 作物植物选自棉花、 加拿大油菜、 小麦、 大麦、 亚麻、 燕麦、 黑麦、 草坪草、 甘蔗、 苜蓿、 香蕉、 花茎甘蓝、 卷心菜、 胡萝 卜、 木薯、 花椰菜、 芹菜、 柑桔、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋 葱、 生菜、 豌豆、 花生、 胡椒、 马铃薯、 白杨、 松树、 向日葵、 红花、 大豆、 草莓、 甜菜、 红薯、 烟草、 木薯、 花椰菜、 芹菜、 柑桔、 棉花、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋葱、 生菜、 豌豆、 花生、 胡椒、 马铃 薯、 白杨、 松树、 向日葵、 红花、 草莓、 甜菜、 红薯、

38、烟草、 木薯、 花椰菜、 芹菜、 柑桔、 葫芦、 桉树、 大蒜、 葡萄、 洋葱、 生菜、 豌豆、 花生、 胡椒、 白杨、 松树、 向日葵、 红花、 大豆、 草莓、 甜菜、 烟草、 说 明 书 5/46 页 7 CN 103796508 B 7 麻风树属、 亚麻荠属和龙舌兰属。 在前述任一方法的特定实施方案中， 作物植物选自玉米、 大豆、 棉花、 加拿大油菜、 小麦、 水稻、 西红柿、 烟草、 粟和高粱。 在前述任一方法的特定实施 方案中， 作物是高粱。 在前述任一方法的特定实施方案中， 作物是高粱， 并且所述性状选自 穗长、 穗重、 干生物量及其组合。 0023 本文中还提供了包含与有用性状相

39、关的染色体修饰或与有用性状相关的染色体 改变的植物， 植物部分 （包括但不限于， 种子、 叶、 茎、 根和花） 或者植物或植物部分的产品 （包括但不限于， 种子） 。 在特定的实施方案中， 植物部分可以包含非再生的植物部分或植物 部分的非再生部分。 在特定的实施方案中， 产品可以是加工的产品， 其包括， 但不限于， 获自 植物部分的饲料或膳食。 在特定的实施方案中， 与不包含染色体修饰的植物、 植物部分 （包 括种子） 或者植物或种子的产品相比， 呈现出由染色体修饰引起的有用性状的植物种子或 其产品呈现出至少一种有用性状的改善。 在特定的实施方案中， 这样的呈现出有用性状的 植物、 种子或产品

40、可以包含染色体修饰， 其包含与有用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变 的染色体位点、 提供与有用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效 应的转基因或提供与有用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效 应的染色体突变。 在特定的实施方案中， 这样的呈现出有用性状的植物、 植物部分、 种子或 产品可以包含改变的染色体位点， 其包含染色体DNA甲基化状态、 与染色体位点相关的组蛋 白的翻译后修饰或其任意组合。 在特定的实施方案中， 包含染色体DNA甲基化状态的改变的 染色体位点可以包含在未发生MSH1抑制的植物、 植物部分或植物产品中未发现的改变的染 色体位点的

41、区别部分。 在特定的实施方案中， 改变的染色体位点的区别部分可以包含至少 约25个核苷酸、 50个核苷酸、 100个核苷酸、 200个核苷酸、 500个核苷酸或更多个核苷酸的甲 基化DNA分子。 在特定的实施方案中， 提供了通过前述任一方法产生的植物、 植物细胞或植 物产品， 其中与不包含染色体改变但其他方面与第一亲本植物或植物细胞等基因的植物相 比， 该植物呈现出至少一种有用性状的改善。 在特定的实施方案中， 上述任何植物是近交 的， 并且与一个或多个亲本植物相比， 呈现出至少一种有用性状的改善。 本文中还提供了从 上述任何植物、 植物细胞或作物植物获得的种子。 本文中还提供了来自上述任何植

42、物、 作物 植物或植物部分 （包括， 但不限于种子） 的加工产品， 其中产品包含可检测量的包含上述任 何染色体修饰的染色体DNA， 所述染色体修饰包括但不限于， 改变的染色体位点、 提供与有 用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的转基因或提供与有 用性状相关的由MSH1抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的染色体突变。 在上述 任一加工产品的特定实施方案中， 产品可以是油、 粗粉、 棉绒、 外壳或滤饼。 0024 本文中还提供了用于产生种子的方法， 包括从本发明上述任一植物或作物植物收 获种子。 在特定的实施方案中， 提供了用于产生一批种子的方法， 其包括如下步骤

43、： 将本发 明的植物或作物植物群体自交、 生长自交的植物和从其收获种子。 0025 本文中还提供了使用包含任一改善的性状的本发明的上述任一植物或作物植物 的方法， 其中所述方法包括生长、 繁殖或栽培呈现出改善的性状的本发明的植物或作物植 物。 还提供了获得提高产量的方法， 包括收获本发明上述任一植物或作物植物的任何植物 部分， 包括种子。 0026 本文中还提供了任一植物、 植物部分或其部分 （包括但不限于植物细胞） 、 非再生 的植物部分或其部分 （包括但不限于植物细胞） 或加工的植物产品在任何方法中的用途。 其 说 明 书 6/46 页 8 CN 103796508 B 8 中本文中提供的

44、植物、 植物部分或其部分、 非再生植物部分或其部分或加工的植物产品可 以采用的方法包括， 但不限于， 用于育种、 用作生物燃料、 用作动物饲料、 用于人类食品中， 以及用于任何工业、 食品或饲料制造方法中。 0027 本文中还提供了呈现出有用性状的种子， 和获自呈现出有用性状的改善的种子的 植物。 在特定的实施方案中， 种子可以包含与一个或多个有用性状相关或产生该有用性状 的改变的染色体位点。 0028 在特定的实施方案中， 本文中提供的植物、 植物部分、 非再生的植物部分、 植物细 胞、 非再生的植物细胞、 植物产品或加工的植物产品可以包含可检测量的染色体DNA， 其包 含与有用性状相关的由

45、MSH1抑制诱导的改变的染色体位点、 提供与有用性状相关的由MSH1 抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的转基因或提供与有用性状相关的由MSH1 抑制诱导的改变的染色体位点相同的遗传效应的染色体突变。 在特定的实施方案中， 包含 染色体DNA甲基化状态的改变的染色体位点可以包含在未发生MSH1抑制的植物、 植物细胞、 非再生植物细胞、 植物部分、 非再生植物部分、 植物产品或加工的植物产品中未发现的改变 的染色体位点的区别部分。 在特定的实施方案中， 改变的染色体位点的区别部分可以包含 至少约25个核苷酸、 50个核苷酸、 100个核苷酸、 200个核苷酸、 500个核苷酸或更多个核苷酸

46、 的甲基化DNA分子。 本文中提供的包含染色体DNA或其区别部分的加工产品包括， 但不限于， 包含油、 粗粉、 棉绒、 外壳或滤饼的产品。 0029 附图简述 0030 说明书中结合的并且形成说明书一部分的附图说明了本发明的特定实施方案。 在 附图中： 0031 图1说明了发生MSH1抑制的各种植物中观察到的各种表型， 如细胞质雄性不育、 杂 色性和改变的叶绿体发育、 降低的生长速率和矮化病、 改变的开花时间或不开花、 降低的类 黄酮生物合成和缺乏花青素、 增强的病原体易感性、 改变的叶形态和高光耐受性。 0032 图2说明了已经发生MSH1抑制的拟南芥 （上图） 、 西红柿 （中图） 和高粱

47、 （下图） 植物 中的叶杂色性。 0033 图3说明了已经发生了MSH1抑制的高粱 （上图） 和西红柿 （下图） 植物中的矮化。 0034 图4说明了已经发生了MSH1抑制的拟南芥中的线粒体DNA重排。 0035 图5说明了发生了MSH1抑制的西红柿、 烟草和粟植物中观察到的反应性氧物质 （ROS） 的增加。 0036 图6说明了用于获得呈现出作为发生MSH1抑制的结果的本文中称为 “离散变异” （VD） 的各种类型的可遗传表型变异的植物和用于获得可以呈现出 “数量变异” 或 “VQ” 和各 种有用性状的植物系的示例性的和非限制性的方案。 0037 图7说明了相对于未发生MSH1抑制的其他方面

48、等基因亲本植物 （Col-0） 呈现出生 物量提高的拟南芥植物系 （msh1Col-0F3） 。 0038 图8说明了源自其中MSH1表达受抑制的植物的异型杂交的不同高粱系GAII-11 （方 形） 、 GA11-15 （三角形） 、 GAII-22 （相对括号） 、 GAII-24和GAII-28 （圆形） 中获得的植物高度 （以cM计） 的分布。 野生型参照系是fx WT （菱形） 。 0039 图9说明了源自其中MSH1表达受抑制的植物的异型杂交的不同高粱系GAII-11 （方 形） 、 GA11-15 （三角形） 、 GAII-22 （相对括号） 、 GAII-24和GAII-28 （

49、圆形） 中获得的穗重 （以克 说 明 书 7/46 页 9 CN 103796508 B 9 计） 的分布。 野生型参照系是fx WT （菱形） 。 0040 图10说明了源自其中MSH1表达受抑制的植物的异型杂交的不同高粱系GAII-11 （方形） 、 GA11-15 （三角形） 、 GAII-22 （相对括号） 、 GAII-24和GAII-28 （圆形） 中获得的粒产量 （以克计） 的分布。 野生型参照系是fx WT （菱形） 。 0041 图11A-H说明了拟南芥和高粱中MSH1-epi系的增强生长的表型。 显示了用于得到 高粱和拟南芥epi-群的转基因和杂交程序。（A） 源自杂交Tx430x MSH1-dr的F1后代的表型。 （B） 田间生长的epiF2、 F3和F4高粱系显示出植物结构和高度的变异。（C） 来自Tx430 （左， 66gm， 8mm茎） 相对于epi-F2个体 （右， 112gm， 11mm茎） 的穗。（D） 来自C中所示的穗的种子产 量。（E） 田间条件下的MSH1-dr高粱表型。（F） 拟南芥的epi-F4系中增强的莲座丛生长的证 据。（G） 相对于Co