提高植物的非生物脅迫抗性的方法
【專利說明】提高植物的非生物脅迫抗性的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年8月31日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/696, 046、2012年10 月18日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/715, 780、2013年3月15日提交的美國臨時專利申 請?zhí)?1/792, 355的優(yōu)先權(quán)。前述各申請的全部內(nèi)容在此以引用方式并入本文。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及提高植物的非生物脅迫抗性及增加土壤內(nèi)營養(yǎng)含量的技術(shù)領(lǐng)域。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 為了促進植物生長、發(fā)育和產(chǎn)量，全世界使用基于無機和有機物質(zhì)二者的肥料。另 一限制植物生長和生產(chǎn)力的主要因素為非生物性脅迫（abioticstress)，諸如干旱脅迫、 鹽脅迫、養(yǎng)分缺乏、重金屬污染、極端溫度或洪水。例如暴露于鹽脅迫、干旱條件或養(yǎng)分缺乏 通常會導致植物材料、種子、果實及其他可食用產(chǎn)品的產(chǎn)量降低。由這些脅迫造成的主要農(nóng) 作物（諸如水稻、玉米（maize)(玉米（corn))和小麥）以及林木的作物損失和作物產(chǎn)量損 失代表著重大的經(jīng)濟和政治因素，并導致了許多發(fā)展中國家糧食短缺。例如，研發(fā)使植物具 有鹽脅迫耐受性和/或鹽脅迫抗性的方法成為可能解決或調(diào)解至少一些這樣的問題的策 略。此外，增加土壤養(yǎng)分及從有機物質(zhì)釋出植物養(yǎng)分的方法可增加植物生長并減輕對植物 的環(huán)境脅迫。
[0006] 因此，提供使植物對非生物脅迫具有耐受性和/或抗性，及增加植物可利用的土 壤養(yǎng)分的需求持續(xù)存在。本發(fā)明的目的在于提供一種賦予或增進植物的非生物性脅迫耐受 性和/或抗性及增加土壤中植物養(yǎng)分的可用性的方法。
[0007] 發(fā)明概述
[0008] 本發(fā)明提供一種提高植物的非生物脅迫抗性的方法。該方法包括在植物、植物的 一部分、該植物周圍的區(qū)域及該植物部分周圍的區(qū)域施用組合物。通常，該方法包括提供 組合物。該組合物包含枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis)或短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus)。在一些實施方案中，包含在組合物中的枯草芽孢桿菌或短小芽孢桿菌為枯草芽 孢桿菌或短小芽孢桿菌的已知菌株的突變體。
[0009] 在某些實施方案中，本發(fā)明提供提高植物的非生物脅迫抗性的方法，該方法包含 將含有枯草芽孢桿菌的組合物以足以提高植物的非生物脅迫抗性的量施用于所述植物、所 述植物的一部分和/或該植物或植物部分周圍的區(qū)域。
[0010] 根據(jù)一些特殊實施方案，該枯草芽孢桿菌為以NRRL登錄號B-21661保藏的枯草芽 孢桿菌QST713或其突變體。在一些實施方案中，枯草芽孢桿菌為枯草芽孢桿菌株QST30002 或枯草芽胞桿菌株QST30004(其分別被以登錄號NRRLB-50421和NRRLB-50455保藏）， 或其突變體。在其它實施方案中，該短小芽孢桿菌株為短小芽孢桿菌2808,其被以登錄號 NRRLB-0087保藏且描述于國際專利出版物W0 2000/058442中。根據(jù)一些其他特殊實施方 案，該非生物脅迫可能為鹽脅迫或養(yǎng)分缺乏。鹽脅迫可包括增加的鹽濃度或干旱。養(yǎng)分缺 乏可能是植物周圍的土壤區(qū)域中缺乏土壤養(yǎng)分，諸如鉀、磷酸鹽或鐵。經(jīng)由改善土壤中所缺 乏的養(yǎng)分的溶解度可增進對抗（土壤）養(yǎng)分缺乏（諸如磷酸鹽）的脅迫抗性。植物或植物 部分周圍區(qū)域（其亦可能在果實周圍）可能為，或包括植物生長的所在地，或該所在地的一 部分。例如，植物或植物部分周圍的各自區(qū)域可為或包括位于該植物或植物部分附近的物 質(zhì)（諸如土壤）。例如，果實周圍的相應(yīng)區(qū)域可為或包括長出果實的植物部分，或可為或包 括位于帶有該果實的植物或植物部分附近的物質(zhì)（諸如土壤）。在一些實施方案中，該方法 包括將組合物施用于土壤。該組合物和土壤可獨立地與植物接觸。在一些實施方案中，該 土壤在施用組合物前與植物或植物部分接觸。在一些實施方案中，該組合物在植物或植物 部分與土壤接觸之前施用。在一些實施方案中，該組合物在植物或植物部分與土壤接觸的 同時施用。
[0011] 在暴露于組合物后，非生物脅迫抗性（諸如鹽脅迫抗性或抗養(yǎng)分缺乏性）可被有 效提高至少約2周。在一些實施方案中，該鹽脅迫抗性被提高至少約一個月。在一些實施 方案中，暴露于組和物的植物的鹽脅迫抗性被提高至少約2個月，包括至少約3個月、至少 約4個月、至少約5個月、至少約6個月、至少約7個月、至少約8個月、至少約9個月、至少 約10個月、或至少約11個月。在一些實施方案中，各自植物的鹽脅迫抗性系被提高至少約 一年，包括在施用后至少約lV2年或更長的時間。
[0012] 本發(fā)明的方法包括在植物的生命周期期間的任何時間、在植物的生命周期期間的 一個或多個階段、或在植物的生命周期的固定間隔、或在植物的整個生命中連續(xù)地施用組 合物。因此，可依需要施用該組合物。例如，可在植物生長期間、開花之前和/或期間、和/ 或種子發(fā)生之前和/或期間施用該組合物。一種說明性實例為在將植物從一個位置移植到 另一個位置（諸如從溫室或溫床移至田野）之前，期間和/或之后不久施用組合物。在另 一實例中，可在幼苗從土壤或其它生長介質(zhì)（例如蛭石（vermiculite))冒出后不久施用該 組合物。另一實例為組合物可在水栽（hydroponically)植物生長的任何時間施用該組合 物。根據(jù)本發(fā)明的方法可包括在所需的時間段內(nèi)將組合物施用于植物、植物的一部分、植物 周圍區(qū)域（包括植物附近）、果實上和/或果實周圍的區(qū)域（包括果實附近）數(shù)次，例如預 先選定的次數(shù)。在一些實施方案中，可將各自組合物在所需的間隔施用于植物數(shù)次。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，組合物系被施用于植物、植物的一部分、植物或植物部分 周圍的區(qū)域、帶有果實的植物和/或果實周圍的區(qū)域。例如，果實、植物或植物部分周圍的 區(qū)域可為在該植物、植物部分、或果實周圍的約2米、約1米、約70厘米、約50厘米、約25 厘米、約10厘米或約5厘米內(nèi)的區(qū)域。
[0014] 在相關(guān)的方面，本發(fā)明涉及枯草芽孢桿菌或短小芽孢桿菌在提高植物的鹽脅迫抗 性中的用途。該用途包括將組合物施用于植物、植物的一部分、植物周圍的區(qū)域及植物部分 周圍的區(qū)域的其中至少一個。在一些實施方案中，將枯草芽孢桿菌或短小芽孢桿菌包含于 組合物中。
[0015] 根據(jù)另一實施方案，本發(fā)明涉及增加土壤養(yǎng)分的方法，其包含將包含枯草芽孢桿 菌的組合物施用于土壤。該組合物可促進以選自由以下組成的組的水解酶來生物降解有機 物質(zhì)：蛋白酶、纖維素酶及木聚糖酶。在一實施方案中，本發(fā)明提供增加土壤養(yǎng)分的方法， 其包含將包含枯草芽孢桿菌的組合物以足以增加土壤養(yǎng)分的量施用于土壤，以增加土壤養(yǎng) 分。
[0016] 在相關(guān)的方面，本發(fā)明涉及促進有機物質(zhì)生物降解的方法，該方法包含將枯草芽 孢桿菌以足以促進水解酶生物降解有機物質(zhì)的量施用于有機物質(zhì)。
[0017] 附圖簡述
[0018] 圖1描繪以水或SERENADESOIL?::處理并以60mM的鹽灌溉14天的水稻植株。
[0019] 圖2描繪以水或SERENADESO丨L?:處理并以60mM的鹽灌溉14天（64盎司/英 畝等于0. 448克/平方米）的水稻植株的根部。
[0020] 圖3描繪以水或SONATA?處理并以60mM的鹽灌溉14周的水稻植株。
[0021] 圖4描繪以水或SERENADESOIL··或SONATA⑩處理并以60mM的鹽灌溉14 天（64盎司/英畝等于0. 448克/平方米）的水稻植株的根部。
[0022] 圖5描繪以SERENADEASO?處理的植物及以水處理的植物的根和幼苗的干燥 重量（以暈克表不）。
[0023] 圖6描繪從生長在NBRIY培養(yǎng)基中的枯草芽孢桿菌株AQ30002(第6A圖）及 AQ713(第6B圖）培養(yǎng)產(chǎn)生的可溶性磷酸鹽水平與空白培養(yǎng)基的比較。
[0024] 圖7顯示包含預測的swrA轉(zhuǎn)錄物（transcript)的各種swrA基因組DNA的比 對。Bsub_168 =枯草芽抱桿菌株168 ;Bsub_3610 =枯草芽抱桿菌株3610 ;QST713 = QST713野生型；AQ30002及AQ30004 =本發(fā)明的代表菌株；Bamy_FZB42 =解淀粉芽孢桿菌 株卩2842出.&11^1〇1丨9脫€3(^6118?2842)出?11111_54?1?-032 =短小芽孢桿菌株54?1?-032;且 Blic_14580 =地衣芽抱桿菌株 14580 (B.licheniformis14580)。
[0025] 圖8顯示包含預測的swrA轉(zhuǎn)錄物的各種swrA基因組DNA的比對。縮寫具有與 圖7中相同的swrA含義，且Batr_1942 =萎縮芽抱桿菌株1942 (B.atrophaeus1942)， Bpum_2808 =短小芽孢桿菌株2808。
[0026] 圖9顯示從其預測的swrA轉(zhuǎn)錄物取得的各種蛋白質(zhì)的比對?？s寫具有與圖7和 8中的含義相同的含義，且Bpum_7061 =短小芽孢桿菌7061。發(fā)明詳述
[0027] 除非另有定義，否則本文所使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中 的一般技術(shù)人員所通常理解的相同含義。
[0028] 本文所使用的術(shù)語"植物"是指屬于植物界的任何生物體（即，植物界中的任何屬 /種）。這包括熟悉的生物體，諸如但不限于樹木、草本植物、灌木、草、藤本植物、蕨類植物、 苔蘚類及綠藻。此術(shù)語是指單子葉植物（monocotyledonousplants亦稱為monocots)和 雙子葉植物（dicotyledonousplants亦稱為dicots)兩者。在一些實施方案中，植物具 有經(jīng)濟重要性。在一些實施方案中，該植物為人工種植的植物，例如栽培植物，其可以為農(nóng) 業(yè)、造林或園藝用植物。舉些例子，特殊植物的實例包括但不限于玉米、馬鈴薯、玫瑰、蘋果 樹、向日葵、小麥、水稻、香蕉、西紅柿、〇P〇、南瓜、西萌蘆、生菜（lettuce)、白菜、橡樹、擎天 菠蘿（guzmania)、天竺葵、扶桑（hibiscus)、威靈仙（clematis)、一 品紅（poinsettias)、 甘蔗、芋頭、鴨雜草（duckweed)、松樹、肯塔基藍草、結(jié)縷草、椰子樹、蕓苔屬葉菜類蔬菜 (例如西蘭花、球花甘藍（broccoliraab)、布魯塞爾豆芽、白菜、中國白菜（BokChoy和 Napa)、菜花、cavalo、芥蘭菜（collards)、羽衣甘藍（kale)、大頭菜、芥菜、油菜及其它蕓苔 屬葉菜類蔬菜作物）、鱗莖類蔬菜（例如大蒜、韭菜、洋蔥（洋蔥干鱗莖、大蔥、長蔥）、蔥及 其它鱗莖蔬菜作物）、柑橘類果實（例如葡萄柚、檸檬、萊姆、柳橙、桔子、柑桔雜交種、柚子 及其它柑橘類果實作物）、瓜類蔬菜（例如小黃瓜、枸櫞西瓜、食用萌蘆、西印度黃瓜、甜瓜 (包括黃瓜瓜類的雜交種和/或栽培變種）、西瓜、哈密瓜及其它瓜類蔬菜作物）、果類蔬 菜（包括茄子、鵝莓、人參果、辣椒、西紅柿、樹蕃茄及其它果類蔬菜作物）、葡萄、葉菜類蔬 菜（例如萵苣（romaine))、根/塊莖和球莖蔬菜（例如馬鈴薯）、及樹堅果（杏仁、胡桃、 開心果及核桃）、漿果（例如西紅柿、伏?；?、葡萄干（currants)、接骨木果、醋栗、金銀花、 鬼臼根、莢迷、俄勒閃葡萄、沙棘、樸樹果、熊果、越橘、草莓、海葡萄、lackberries、黃梅、楊 莓（loganberries)、覆盆子、美莓、糙莓及酒莓）、禾谷類作物（例如玉米、水稻、小麥、大麥、 高