CN102202492A

CN102202492A - 诱导的杂种优势相关的突变

Info

Publication number: CN102202492A
Application number: CN2009801432283A
Authority: CN
Inventors: 达尼·扎米尔; 扎迦利·B·李普曼; 乌里·克里格
Original assignee: Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Current assignee: Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: CN102202492B; US20110247093A1; ES2714369T3; US8865970B2; EP2343966A1; WO2010041190A1; BRPI0920872B1; BRPI0920872A2; IL212151A0; EP2343966B1; IL212151A

Abstract

本发明提供了产生具有至少一种杂种优势相关表型、尤其是总产量相关表型的杂交后代的植物近交突变体亲本系，鉴定该亲本系的方法和由该亲本系产生的杂交植物。本发明还公开了杂种优势相关基因并提供了相应的分离的多核苷酸。

Description

诱导的杂种优势相关的突变

发明领域

本发明涉及植物育种领域，具体地涉及向杂交后代提供至少一种杂种优势相关表型的近交亲本植物的产生，由此产生的杂交植物和与杂种优势相关表型有关的基因。

发明背景

杂种优势或植物杂种优势是其中杂交植物显示与其任一近交亲本系相比的优良表型的现象。杂种优势是近一个世纪之前在玉米育种中发现的，随后发现其发生于许多作物物种中(Duvick D N 2001.Nat Rev Gent 2，69-74)。二十世纪的后半叶农业产量的显著增加的很大一部分归因于包括例如玉米、小麦、高粱、向日葵、苜蓿和油菜的核心作物杂交种子品种的开发和使用。

对于玉米，估计杂种优势使作物产量增加至少15％，其与现代更高产量近交系和改良的农艺技术联合造成了性能的平稳线性增加。在上世纪末，估计世界范围内65％的玉米生产是基于杂种的，而其他作物，诸如高粱和向日葵，显示相似的数字。总之，取决于作物，由于杂种而增加的产量益处在15-50％范围内(Duvick D N 1999.于：The genetics and exploitation of heterosis in crops(作物杂种优势的遗传学与开发)，J G Coors和S Pandey编辑，Madison：American Society of Agronomy，Inc.和Crop Science Society of America Inc.第19-29页)。

有了如此大的产量益处，基于开发杂交植物来进行食品和未来生物燃料作物的育种就不足为奇了，虽然控制杂种优势的原理仍然不清楚。破译杂种优势的遗传和分子基础以便可更有效地开发和利用其力量的努力目前证明是不成功的。多年来，作物植物提供了研究杂种优势的遗传资源，原因是亲本近交系已经人工选择了最大杂种组合能力，而结构化遗传群体的产生允许稳健的数量表型分析。事实上，许多关于杂种优势的知识来自于对玉米的经典遗传研究，在该过程中定义了对杂种优势的基本假设，包括基因组范围的显性互补以及基因座特异的或单基因超显性(ODO)效应。

将杂种优势提炼为遗传组分的尝试开始于十年前分子标记的开发。随后水稻和玉米中的数量性状基因座(QTL)作图通过将杂种优势分解为“孟德尔”因子并评估它们的遗传模式建立了经典模型(Stuber C W等人，1992.Genetics 132，823-839；Xiao J等人，1995.Genetic 140，745-754；Luo等人，2001.Genetics 158，1755-1771；Hua J等人，2003.PNAS 100，2574-2579)。证据表明显性和超显性(ODO)均在杂种优势中起作用，并涉及一些上位性，尽管这些机制每一种的相对贡献还不清楚。

鉴定造成杂种优势基因座的基因几乎没有进展，很大程度上是因为限定杂种优势的表型相互作用的复杂性和QTL克隆所需的努力。尽管可获得许多植物模型的基因组基础结构和合适的遗传群体诸如渐渗杂交系(IL)群体，但是作图和克隆具有杂种优势效应的QTL仍然极具挑战，并且也尚未鉴定导致作物产量杂种优势的单基因。这主要是因为大多数常规QTL研究开始的目标是作图给定表型的多个基因座，而已经克隆的那些QTL通常涉及具有非常大的效应和高遗传力的基因座。相反，杂种优势与先前克隆的QTL几乎没有相似性，原因是其显现是基于各自具有其自身的遗传方式的发育过程中的表型组分之间的复杂相互作用和环境的动态影响(Lippman Z B和Zamir D，TIG，2007，23，60-6)。这通常称为“倍增性”或“几何学”杂种优势。因此，可以假定，作图杂种优势QTL等同于同时作图多个也许遗传上不相关的性状。性状的这种整合使得杂种优势的遗传力与更分散的表型诸如果实重量或糖含量相比相对较低(Frary A等人，2000.Science 289，85-88；Fridman等人，2004.Science 305，1786-1789)。这一复杂性与总产量的经典杂种优势表型高度相关。

杂种优势基因的克隆可能需要其他基因组和近等基因资源。此外，虽然存在可携带与假-ODO造成的杂种优势产量相关的基因的染色体区的实例(Eshed Y和Zamir D 1995.Genetics 141，1147-1162；Graham G I等人，1997.Crop Science 37，1601-1610)，但是没有基于单基因效应的已知的真-ODO基因。来自番茄IL的最近数据提供了真-ODO的间接支持(Semel Y等人，2006.Proc Natl Acad Sci U S A 103，12981-12986)。使用如上所述的表型组学(phenomics)方法，发现ODO-QTL优先与增加繁殖适度的性状诸如产量相关，而显性、隐性和加性QTL则分散于表型类别中，包括非生殖性状。这一选择性关联表明假-ODO不可能解释IL杂种优势，原因是假定增加的显性QTL和降低的隐性QTL随机分布于基因组中，预期的非生殖性状的超显性-QTL高于实际发现的。拟南芥(Arabidopsis)中的杂种优势研究在更少表型的基础上得出了相似的结论(Mitchell-Olds T.，1995.Genetics 140，1105-1109)。

因为杂种优势是基因组范围的现象，已推测其分子机制涉及基因和蛋白表达的整体变化。最近，使用微阵列对B73和Mo17玉米系的近交种和杂种中的基因表达进行了全面分析。分析了幼苗组织的近14,000个基因，得出以下结论：超显性基因表达模式可有助于杂种优势，其与包括加性和显性的基因表达的所有其他机制一起发挥作用。令人感兴趣的是，使用相同亲本近交系和杂种在玉米中进行的近似相同的微阵列研究得出了不同的结论：其中杂种优势杂种中的基因表达主要是加性的，而几乎没有ODO的实例。这些不同的结论可能是与微阵列相关的固有技术问题的结果，包括微阵列平台的来源、不同的统计阈值和类似问题。

作图表达-QTL(eQTL)并分析eQTL和表型QTL之间的关联也被建议为阐明杂种优势的分子基础的工具。但是，当事实上表达超显性仅是许多分子表型中的一种时，采用这种方法可导致基于以下假设的令人费解的结果：基因表达超显性解释了生长和形态学超显性。更谨慎的是假设表达超显性的潜在分子机制独立于形态学表型超显性的潜在分子机制。这一概念的阐释来自于果蝇(Drosophila)种间杂种中异常表达的基因，所述异常表达的基因是顺-反补偿进化的结果，在顺-反补偿进化中，一个物种的反式调节元件与另一物种的顺式调节元件的相互作用导致了杂种中的调节异常。重要的是，使用多种技术在其他二倍体和多倍体植物以及动物和酵母中的表达研究显示，杂种中的非加性基因表达是经常发生的。这些研究绝大部分是在杂种优势环境之外进行的事实暗示，杂合性造成的整体表达改变和杂种优势之间没有明显的联系。事实上，杂种中的基因表达改变可能是杂种优势生长效应和控制杂种优势生长效应的基因驱动的下游分子应答(Schauer N等人，2006.Nat Biotechnol 24，447-454)。

存在使用分子和计算机模拟技术开发用于选择显示杂种优势的作物植物的方法和装置的不断尝试。

例如，国际专利申请公布第WO 00/42838号公开了将分子概况信息与杂种优势关联的方法。分子概况分析包括植物组织中的RNA或蛋白表达，能够预测植物在测试杂种优势性状诸如产量时将展示的杂种优势水平。该发明还公开，选择显性、加性、或低显性/超显性分子概况分析标记以及选择表达概况中提供了改良的杂种优势的表达产物的数量。还提供了鉴定和克隆与杂种优势性状连锁的核酸的方法和通过考虑表达概况鉴定家系的方法。

国际专利申请公布第WO 03/050748号公开了用于统计分析杂交后代和其近交亲本的差异基因表达以及鉴定在杂种优势中起作用的基因的方法、计算机程序产品和系统。

美国专利申请公布第2009/0170712号公开了用于预测植物中杂种优势表型的程度的方法。使用基因组结构变异分析以及在一些实例中拷贝数变异来预测植物中杂种优势表型的程度。在一些方法中，使用比较基因组杂交阵列检测拷贝数变异。还公开了优化阵列的方法、生产此类阵列的试剂盒、以及基于预测结果选择用于开发的杂交植物。

美国专利第7,084,320号公开了用于以下的方法和装置：确定具有良好组合能力的亲本近交植物系、确定能够产生具有高杂种优势的杂交系的亲本近交植物系的优良组合、和进一步的确定不同植物系的农艺性能，这可通过确定对照和胁迫条件下线粒体中的电流而体外进行。

但是，如上文所述，预测和鉴定控制可用于作物育种的杂种优势的基因的能力是有限的，存在对获得用于培育具有杂种优势的植物的易于确定的亲本近交系的未满足的需求，并且这将是高度有利的。

发明概述

本发明提供了产生具有至少一种杂种优势相关表型、尤其是总产量相关表型的杂交后代的近交突变体亲本植物系。本发明还提供了鉴定突变体亲本植物和其产生的杂交植物的方法。本发明还公开了杂种优势相关基因并提供了相应的分离的多核苷酸。

本发明提供了产生亲本繁殖系的新方法，所述亲本繁殖系在杂交时产生对期望性状、尤其是与总产量相关的性状显示杂种优势的后代。与基于尝试将观察到的杂种优势与分子机制关联的迄今为止建议的方法相反，本发明部分基于将观察到的杂种优势与在近交亲本系背景上引入的诱导的突变相关联。一般而言，该方法涉及观察近交亲本和具有单个诱导的突变的突变体的杂种后代中的期望性状。这允许随后快速鉴定在突变时赋予期望的杂种优势相关表型的亲本系中的个体基因。这一方法与先前公开的方法相比是有利的，原因是每个个体植物仅含有可容易地鉴定并与杂种优势相关表型关联的一个或有限数目的突变。

根据一方面，本发明提供了鉴定能够赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体近交植物的方法，所述方法包括：

a)提供第一纯合近交植物群体和源自所述第一群体、具有单基因突变并与所述第一近交群体具有相同遗传背景的第二纯合突变植物群体；

b)在相同环境条件下种植所述第一近交群体和所述第二突变群体；

c)从所述第二突变群体中选择与所述第一近交群体的表型相比显示至少一种表型变异的植物，以获得突变亲本近交植物的选择亚群；

d)将步骤(c)中获得的选择亚群的每种突变亲本近交植物与所述第一群体的植物回交以产生多个回交植物群体，其中每个回交群体仅在所述突变处是杂合的，而在基因组的其余处是纯合的；

e)从所述回交植物群体中筛选出与所述第一近交群体相比表现至少一种优良表型性状的植物，从而关联个体突变亲本近交植物与显示至少一种优良表型性状的杂交植物；

其中步骤(e)的每个所述突变亲本近交植物赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型。

根据可选的实施方案，将回交每种突变亲本近交植物替换为将步骤(c)中选择的每种植物与具有不同遗传背景的独立的第三纯合近交植物群体杂交以产生多个杂交植物群体。即使在不同的遗传背景上，杂种优势相关表型也是明显的，从而证实了鉴定的突变和基因的相关性。

产生其中突变是与来源植物的遗传背景相比的唯一遗传变异的突变植物群体的方法是本领域已知的。通常，产生突变群体包括以下步骤：

a)提供近交纯合植物；

b)自交所述近交纯合植物以产生种子；或

c)从所述近交纯合植物获得能够再生新植物的部位；

d)在所述种子或植物部位中诱导人工诱变；

e)种植所述种子或再生所述植物部位以获得第一代(M1)随机突变植物；

f)近交(自交)步骤(e)的植物以产生诱导的突变分离的M2群体；

g)选择具有单基因突变的植物以产生与所述近交纯合植物仅在突变位点处不同的突变纯合植物群体。

将选择的植物用于与原始亲本系回交或用于与不同的亲本系杂交，以建立用于如上文所述的杂种优势筛选的回交或杂种群体。

选择具有单基因突变的植物通常通过根据确定的一组植物物种特异性表型描述信息对一种或多种表型变化评分来进行。然后通过M3代中的遗传后代遗传力测试证实选择的突变是单基因突变的结果，如本领域已知的。

可使用不同的方法在种子或植物部位中诱导人工诱变。根据某些实施方案，诱变通过选自由以下组成的组的方法诱导：以诱变化合物包括例如乙基甲磺酸(EMS)的化学处理；X-射线照射；UV照射；快中子照射；T-DNA或转座子插入；和其组合。

在植物群体中，表型变异是遗传变异性以及植物生长的环境条件的结果。因此，根据本发明方法比较表型变异的群体在相同环境条件下生长，以便当与原始的未诱变亲本系进行比较时，观察到的表型改变仅是由于遗传变异。通常，在农业温室和/或田间试验中在多种环境条件和种植密度下培养比较群体，以揭示尽可能多的表型改变。因为比较群体除单突变外具有相同的遗传背景，所以表型变异可直接归因于该突变，这通过M3遗传力后代测试证实。

选择与第一近交群体的等基因植物相比显示任何表型变异的纯合突变体植物用于进一步的杂交(步骤c)，无论该表型变异的性质如何。应明确理解，表型可能是植物生长、产量等方面优良或劣等的。令人惊奇的是，本发明现在公开了特定的突变，当处于纯合形式时，该突变造成降低的基因功能或基因功能丧失，进而导致植物生长、形态学和产量的单个或多个通常有害的改变；当处于杂合形式时，该突变赋予杂交植物杂种优势，尤其是产量杂种优势。因此根据典型的实施方案，选择与非突变体植物相比显示劣等表型变化的纯合突变体植物。

仅选择对单基因突变为杂合的回交或杂种群体植物，以获得与第一群体表型相比优良的表型性状。

根据某些典型的实施方案，优良表型变异与影响产量的性状有关。根据某些实施方案，对产量有直接或间接效应的影响产量的性状选自由以下组成的组：营养生长速率、单株重、开花时间、花序数、每花序花数、果实或谷粒成形时间、果实或谷粒重量、生物胁迫耐受性，包括病原体耐受性、和非生物胁迫耐受性，包括热、冷、干旱和类似胁迫。

本发明的方法可用其种子或可再生部位可以被诱变的任何作物或植物并且优选地可容易地筛选表型突变的植物进行。根据某些实施方案，所述植物是作物植物。根据其他实施方案，所述植物是选自由番茄、辣椒和大豆组成的组的双子叶植物。根据另外的实施方案，所述植物是选自由玉米、水稻、小麦和大麦组成的组的单子叶植物。根据进一步的实施方案，所述植物是观赏植物或主伐木(crop trees)。

根据本发明的某些方面，根据标准技术对在处于杂合形式时与杂种优势相关的突变进行遗传作图，并鉴定了单基因突变的DNA中的具体变化。根据这些方面，鉴定突变体亲本近交系的方法还包括对表现至少一种优良表型性状的回交或杂种群体的植物、或其突变体亲本近交植物的基因组作图，从而鉴定调节表型的基因座。

本领域已知的用于作图和克隆突变基因或其片段的任何方法可用于本发明的教导。作图可以包括例如分析回交群体中分离的遗传多态性、连锁分析、连锁不平衡分析、限制性标记的基因组扫描(RLGS)和辐射杂种。

本发明还提供了包含杂种优势相关的突变的分离的多核苷酸。

根据某些方面，本发明提供了编码具有SEQ ID NO：3所列的氨基酸序列的突变体sft蛋白的分离的多核苷酸。根据某些实施方案，所述多核苷酸包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

根据另一方面，本发明提供了通过本发明的方法鉴定的突变体亲本近交植物、赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交系。

根据某些实施方案，所述亲本近交系对包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列的突变体sft基因是纯合的。

根据另一方面，本发明提供了产生显示至少一种杂种优势表型的杂交植物的方法，所述方法包括：

a)提供通过本发明的方法鉴定的、对单基因中的单突变为纯合的突变体亲本近交植物；

b)提供对所述基因的野生型拷贝为纯合的非突变体亲本近交植物；并

c)使突变体亲本近交系与非突变体亲本植物杂交(杂交)；

从而产生显示与至少一种亲本植物的表型性能相比优良的至少一种杂种优势表型的杂合的杂交植物。

根据某些实施方案，所述杂交植物显示与最佳亲本植物的表型性能相比优良的至少一种杂种优势表型。

根据某些实施方案，所述杂种优势表型是产量相关的。根据其他实施方案，杂交植物与非突变体近交亲本植物相比显示杂种优势表型。所述杂种优势表型可以是杂合植物中一种或多种表型特征改变的结果。

根据其他实施方案，非突变体近交亲本植物是与突变体亲本植物等基因的。如本文所用，术语“与突变体亲本植物等基因”指除单基因突变外具有相同遗传背景的植物。根据其他实施方案，突变体亲本系基本上是纯合的。

应明确理解，包含各自通过本发明的方法鉴定的多于一种突变的植物也涵盖在本发明的范围内。组合突变(金字塔式控制)是本领域技术人员公知的。因此，包含多于一个突变、通过上述方法产生的、显示与至少一种亲本植物的表型性能相比优良的至少一种杂种优势表型的杂交植物也涵盖在本发明的范围内。

根据某些实施方案，所述基因是番茄SINGLE FLOWER TRUSS(SFT)基因或其直向同源物。根据这些实施方案，杂合的杂交植物包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变的sft拷贝，其中sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；所述杂合的植物特征在于与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比在至少一种产量相关的参数上的数量杂种优势。

根据某些实施方案，野生型SFT基因编码具有SEQ ID NO：1所列的氨基酸序列的蛋白。根据一个实施方案，野生型SFT基因包含如SEQ IDNO：2所列的核酸序列。

根据其他实施方案，突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：3所列的氨基酸序列的蛋白。根据一个实施方案，所述基因包含如SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

根据进一步的实施方案，突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：5所列的氨基酸序列的蛋白。根据一个实施方案，所述基因包含如SEQ ID NO：6所列的核酸序列。

根据又另外的实施方案，突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：7所列的氨基酸序列的蛋白。根据一个实施方案，所述基因包含如SEQ ID NO：8所列的核酸序列。

根据某些实施方案，所述植物是番茄植物(Solanum lycopersicum)。根据其他实施方案，所述植物是番茄之外的作物植物，并且所述基因是SFT基因的直向同源物。

通过本发明的方法产生的杂交植物也涵盖在本发明的范围内。

根据某些实施方案，本发明提供了包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变体sft拷贝的杂合的杂交植物，其中sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；其中杂合的植物显示与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比在至少一种产量相关的参数上的数量杂种优势。

根据某些典型的实施方案，本发明提供SFT基因杂合的杂交植物，包含具有SEQ ID NO：2所列的核酸序列的野生型SFT基因和具有选自由SEQID NO：4、SEQ ID NO：6和SEQ ID NO：8组成的组的核酸序列的突变体sft基因，其中所述杂交植物具有与选自由以下组成的组的植物相比增加的产量：SFT基因纯合的植物和sft基因纯合的植物。根据其他典型的实施方案，突变体sft基因包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

本发明的其他目标、特征和优点将从下列描述和附图中变得清楚。

附图简述

图1显示了鉴定赋予其杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体近交植物的方法的示意图。

图2显示了对诱导的突变杂合的杂交植物的总产量。与M82亲本相比显示显著更高的总产量的杂交植物标有星号。

图3显示由sft-e4537突变的杂合性(图3A)和称为n5568的第二突变的杂合性(图3B)造成的产量杂种优势。

图4显示与M82、亲本纯合突变体系和商业杂种AB 2相比，由M82背景中sft-e4537、sft-n7187和sft-stop的杂合性造成的总果实产量杂种优势。

图5显示在宽间隔(图5A)和密集间隔(图5B)下等基因杂种M82×E6203和M82sft×E6203与亲本系和商业杂种AB2相比的Brix-产量(g/m²)比较。

发明详述

本发明解决了对产生改良的农作物的工具的持续需求。具体地，本发明提供了将特定突变与杂种优势连锁的方法。这些突变用于产生具有改良的植物优势的杂交植物，尤其是具有改良的产量参数的植物。

定义

术语“植物”在本文使用其最广泛的含义。它包括但不限于，任何物种的木本、草本、多年生或一年生植物。它还指主要分化成存在于植物发育的任何阶段的结构的多个植物细胞。此类结构包括但不限于，根、茎、枝(shoot)、叶、花、花瓣、果等。

术语“杂种优势”和“植物优势(plant vigor)”在本文使用其本领域已知的通常含义，指由于遗传上不同的植物的杂交而产生的增加的优势或其他优良品质。“杂种优势相关表型”意指植物中的可观测性状，其中当与纯合亲本植物中表现出的相应的表型相比时杂交植物中表现出的表型更加令人满意。

如本文所用，术语“表型”通常指植物的任何可观测特征或特性。可观测特性依赖于生物体的基因组，并可进一步表征为受非遗传因素调节、两种或更多种非遗传因素之间的相互作用、基因座和非遗传因素之间的相互作用、或两种或更多种基因座和非遗传因素之间的相互作用。非遗传因素包含环境条件或暴露，例如生长条件、生物胁迫和非生物胁迫。本文所用的术语“性状”指特征性表型。

如本文所用，术语“亲本植物系”或“亲本植物”指期望性状在自花传粉和种植的周期中稳定的开放传粉和闭合传粉的近交系。术语“杂交植物”指遗传上不同的个体、通常为两个不同的亲本系之间杂交产生的植物。

术语“第一”和“第二”，举例来说，如描述不同的植物群体所用的，是为了描述清楚而包括的，并且不意图限制。

术语“使...突变”和“诱变”在本文可互换使用，指在细胞核酸物质中诱导一个或多个遗传修饰的方法。如本文所用的术语“突变”指DNA成为与其天然存在的形式相比不同的形式的任何改变。代表性基因修饰包括核苷酸插入、缺失、置换和其组合，并可小至单个碱基或大至数万碱基。

术语“作图”和“基因作图”是可互换使用的，指赋予表型的基因组序列的渐进分辨。典型的作图实验采用靶基因座和遗传多态性的连锁分析。作图方法的结果可表示为图距单位或厘摩。

术语“多态性”指群体中出现两种或更多种遗传决定的可变序列或等位基因。等位基因差异可小至一个碱基对。

术语“基因”指包含产生RNA或多肽必需的编码序列的核酸(如，DNA或RNA)序列。多肽可由全长编码序列或由其任何部分编码。当用于指基因时，术语“其部分”指该基因的片段。片段的大小可在数个核苷酸至完整基因序列减去一个核苷酸的范围内。因此，“包含基因的至少一部分的核酸序列”可包含基因的片段或完整的基因。

术语“基因”还涵盖结构基因的编码区，并包括位于编码区5′端和3′端附近、在任一端达约1kb距离的序列，以使所述基因对应于全长mRNA的长度。位于编码区5′并存在于mRNA上的序列称为5′非翻译序列。位于编码区3′或下游并存在于mRNA上的序列称为3′非翻译序列。

如本文所用，术语“等位基因”指占据特定染色体上的特定位置的一对基因或一系列基因的一个成员。

如本文所用，术语“功能性拷贝”指在本发明的杂种优势杂交植物中以杂合形式存在的野生型基因。根据某些实施方案，此术语指具有SEQ IDNO：2所列的核酸序列的番茄野生型和功能性SFT基因。

如本文所用的术语“SFT基因功能的降低”指SFT基因中的以下突变：当以纯合形式存在时，引起由不良的花/果产生造成的不利的开花和株型，以及由抑制产营养叶的枝和产花的枝(合轴)单元的顺序反复的“不确定的”营养花序产生的大的灌木样植物习性。

如本文所用，术语“直向同源物”指可追溯至共同祖先的在两个或更多个物种中发现的任何基因。

如本文所用，术语表达产物(即多核苷酸或多肽)的“显性”表达指其中该产物在后代中的表达不同于一个亲本，但与第二亲本没有差异的情形。术语表达产物的“加性表达”指其中该产物在后代中的表达落入两个亲本的范围之内(并可与两个亲本有或没有显著差异)的情形。术语“超显性的”或“超显性”在本文可互换使用，并指其中表达产物在后代中的表达不同于两个亲本而且落入两个亲本的范围之外、超出较高亲本值的情形。此外，当指数值时，术语“差异”取决于所利用的技术，并且限定在此类技术的检测限之内。

术语“多核苷酸”、“多核苷酸序列”、“核酸序列”和“分离的多核苷酸”在本文可互换使用。这些术语涵盖核苷酸序列和类似序列。多核苷酸可以是RNA或DNA或其杂合体的聚合体，该聚合体可以是单链或双链的，线性或分支的，并任选地含有合成的、非天然的或改变的核苷酸碱基。该术语还涵盖RNA/DNA杂合体。

“分离的”核酸分子是与该核酸的天然来源中存在的其他核酸分子(即，编码其他多肽的序列)基本分开的分子。优选地，“分离的”核酸不含一些在其天然存在的复制子中天然侧翼于该核酸的序列(即，位于该核酸的5′端和3′端的序列)。例如，克隆的核酸被视为是分离的。如果核酸已通过人工干预改变，或被置于不是其天然位点的基因座或位置，或如果其通过农杆菌感染被引入细胞中，则该核酸也被认为是分离的。此外，“分离的”核酸分子，诸如cDNA分子，可不含一些其天然缔合的其他细胞物质，或当其通过重组技术产生时，可不含培养基，或当化学合成时，可不含化学前体或其他化学品。

实施本发明的优选方式

杂合植物的杂种优势(hybrid vigor或heterosis)已经被Darwin描述。杂种优势的第一次实践和理论的研究出现在20世纪初，通过发现不同的玉米低产近交品种互交产生具有优良生长和产量的杂种。25年后第一个商业双杂交杂种投放市场，之后又经过更多年近交系才有足够的活力产生充足量的种子。那时，优良的单杂交杂种种子开始占领玉米种子市场，展现了杂种优势的力量。F1杂种产生的成功增加了世界许多地区的粮食生产，并且取决于作物，迅猛使产量增加15％至50％(Duvick D N.，2001.同前)。

杂种优势是数量性状，由于其影响多个发育过程而具有复杂的遗传模式。作物植物是尝试将杂种优势分解为遗传上可追踪的分量的主要模型，原因是已选择亲本近交以使杂种优势组合能力最大化，并且受控遗传群体的产生允许进行稳健的数量表型分析。杂种优势研究的最大挑战集中在鉴定驱动这一过程的基因，和明确地建立杂种优势表型和其潜在分子因素之间的直接关联。

本发明公开了鉴定杂种优势相关基因的新方法，该方法基于产生植物的突变群体，并在某一突变处于杂合状态时将突变归因于杂种优势表型。此外，本发明现在公开，在纯合形式时对植物具有负效应的突变在杂合形式时可赋予杂种优势，尤其是对直接或间接影响总产量的性状。

因此，根据一方面，本发明提供了鉴定赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交植物的方法。

本发明的方法的原理在图1示意说明。本发明的方法的第一个步骤依赖于给定物种的近交同源植物的起始材料。将此亲本系选作用于诱导的人工诱变的遗传基础，所述诱导的人工诱变诸如通过用诸如乙基甲磺酸(EMS)等化合物进行的化学处理、X-射线照射、UV照射、快中子照射、或T-DNA或转座子插入。可在能够再生为完整植物的任何植物部位中诱导突变。通常在植物的种子中诱导突变。在某些作物中，单倍体或二倍体花粉可充当突变植物群体的起始材料。可选地，植物组织培养物被用于诱导突变。使用突变的植物部位产生一系列第一代(M1)随机突变的植物。将突变的植物M1近交，然后产生后代(M2)植物，其中可在分离群体中鉴定个体突变体。

然后进行突变体的筛选和显示将其与亲本系区分开来的一种或多种表型特征变化的植物的选择。与产量有关的性状是尤其要追踪的，但是筛选和选择不限于此类性状。重要的是，这些特征变化不需要与产量分量直接相关或直接影响产量分量。突变体筛选可在于温室条件或田间条件培养植物时进行。然后使用选择的突变植物的群体或“突变文库”鉴定杂种优势相关突变。应明确理解，在此阶段，选择与非突变的亲本植物相比显示任何表型变化的植物。令人惊奇的是，本发明现在公开，在对所述突变为纯合的突变植物中观察到的有害表型，尤其是降低产量的表型，在对相同突变为杂合的植物中转化为优良的杂种优势表型。

可使用已知的突变文库采用本发明的方法，所述突变文库例如下文的实施例部分描述的近交M82遗传背景中的等基因番茄突变文库。另外或可选地，可按上文所述产生新的突变文库。

根据某些实施方案，根据本发明的教导采用的诱变方法基本上是随机的，以使得遗传修饰可发生在待诱变的核酸物质中的任何可用的核苷酸位置，即对特定的核苷酸序列没有诱变偏好或增加的发生频率。

可使用本领域已知的任何诱变剂，包括但不限于紫外线、X-射线辐射、γ辐射、N-乙基-N-亚硝基脲(ENU)、甲基亚硝基脲(MNU)、普鲁苄肼(PRC)、三亚乙基密胺(TEM)、丙烯酰胺单体(AA)、苯丁酸氮芥(CHL)、美法仑(MLP)、环磷酰胺(CPP)、硫酸二乙酯(DES)、乙基甲磺酸(EMS)、甲基甲磺酸(MMS)、6-巯基嘌呤(6-MP)、丝裂霉素-C(MMC)、N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)、³H²O和尿烷(UR)。还可使用农杆菌(Agrobacterium)介导的转化-DNA(T-DNA)或转座子插入。

暴露于一种或多种诱变剂后的遗传修饰频率可通过改变剂量和/或重复处理来调节，并可针对具体应用/植物物种定制。例如，如果后续的表型筛选涉及鉴定稀有表型，则可选择借以在每条染色体上诱导多个突变的遗传修饰频率。相似地，如果文库将用于筛选更普通的分化表型，则可改变诱变剂的剂量和施用以产生每条染色体相对较低数目的遗传修饰。在一个实施方案中，处理剂量和方案不诱导显著的细胞毒性。

根据某些实施方案，对产量具有直接效应的影响产量的性状选自由以下组成的组，但不限于：营养生长速率、单株重、开花时间、花序数、每花序花数、果实或谷粒成形时间和果实或谷粒重量。根据其他实施方案，对产量具有间接效应的影响产量的性状选自由以下组成的组：生物胁迫耐受性，包括病原体耐受性；和非生物胁迫耐受性，包括热、冷、干旱和类似胁迫耐受性。

通过根据确定的一组表型植物物种特异性描述信息鉴定一种或多种表型变化，选择显示如上所述的改变的表型的具有代表单基因的遗传突变的单一或多重随机表型类别的突变体，以然后通过M3代中的遗传后代遗传力测试证实选择的突变是单基因突变的结果，随后与原始的非诱变的亲本回交以产生“突变体杂种”种子。该种子携带基因的一个突变拷贝和在相应的基因组(即等位基因)位置的相同基因的一个功能性拷贝，从而使得该种子对所述突变是杂合的。基因的剩余集合和基因间染色体区段是纯合的。可选地，将选择的突变植物与无关的近交亲本杂交。产生的种子后代对所述突变是杂合的，对传统杂种意义上的基因的剩余集合是杂合的。根据本发明的教导鉴定的数个突变可合并到一个突变体亲本植物中。在这种情况下，产生的杂种种子后代将对每种突变都是杂合的。

然后在农业温室和/或田间试验中在多种环境和种植密度下测试突变体杂种种子，并与不携带基因的突变拷贝的纯合亲本系进行直接比较。以全面复制和随机的方式测量期望的性状(诸如，例如产量相关的性状)，并进行适当的统计分析以确定表型性状的显著变化。选择显示杂种优势的突变体杂种用于进一步的评估，包括评估其他性状，尤其是产量相关的性状，和在其他环境条件下的评估。对于期望性状保持杂种优势表型的杂种包含杂种优势相关突变。这些杂种的亲本纯合突变近交植物是杂种优势相关突变的来源，并在原始突变群体中鉴定它们。

根据本发明的教导鉴定的、赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交植物可用于期望的杂交植物的商业生产而无需鉴定具体的杂种优势相关突变。

尽管如此，根据本发明的某些方面，鉴定了杂种优势相关突变。根据某些实施方案，作图和克隆了所述突变。

基因作图的技术是本领域技术人员公知的，包括连锁分析(如，Wells C和Brown S D.，2000.Mamm Genome 11，472-477)、连锁不平衡分析(Kruglyak L.，1999Nat Genet 22，139-144)、限制性标记的基因组扫描(RLGS)(Akiyoshi S等人，2000.Mamm Genome 11，356-359)和辐射杂交作图(Schuler G D等人，1996.Science 274，540-546；Van Etten W J等人，1999.Nat Genet 22，384-387)。可使用任何合适的作图技术，并且本领域技术人员理解，没有特定选择是本发明要求保护的主题所必需的或是其限制。

根据这些方面，本发明提供了番茄SFT基因的突变，该突变在纯合时降低SFT基因的功能，并在以杂合形式存在SFT基因的功能性拷贝时数量调节产量的杂种优势。本发明还提供了在以杂合状态存在时可调节产量的杂种优势的其他作物物种的SFT基因的突变直向同源物。

植物的生长过程依赖于环境因素和先天应答的共同作用。在称为被子植物的有花植物中，开花的诱导标志着从营养生长到生殖生长的重要转变，导致花、果和种子的发育。此发育转变是繁殖成功和作物产量潜力的主要决定因素，主要由日长的改变触发，这称为光周期现象。许多物种中的开花是短日或长日的结果，而一些物种是日中性的(Thomas B和Vince-Prue D.，1997.于：Photoperiodism in plants(植物中的光周期现象).New York：Academic Press)。无论植物属于哪个类别，先天的内部应答导致了顶端分生组织的多能干细胞群中细胞分化的改变，产生所有植物器官。旨在破译负责从营养分生组织到生殖分生组织转变的分子机制的研究导致鉴定了称为“成花素”的可移动分子，成花素在诱导光周期下于叶中产生，并转运到茎端分生组织(SAM)中以诱导开花。

在兼性长日植物拟南芥中的遗传和分子研究显示，称为FLOWERING LOCUST(FT)的基因的突变体是晚开花的，并且是称为CONSTANS(CO)的基因的靶标，CO受昼夜节律钟的影响。不过，虽然CO最初被暗示为成花素，其诱导开花的能力不是普遍的。

在拟南芥、水稻和番茄中的独立研究已揭示，FT和其在其他物种中的直向同源物充当可移动的开花信号。暗示FT为成花素的主要遗传和分子组分的直接证据来自番茄，其中显示FT直向同源物SINGLE FLOWER TRUSS(SFT)的过表达可诱导番茄sft突变体的开花，并且此外，当在烟草晚花品种中作为异源基因存在时可诱导开花(Kobayashi Y和Weigel D.，Genes Dev.2007.21(19)，2371-84)。

另外的研究显示FT和其直向同源物对开花时间具有显著和普遍的作用，而开花时间又调节株型和与作物植物产量直接相关的其他农艺重要性状。例如，在番茄中，sft突变体是晚开花的，并且改变了番茄植物的重复复合生长模式，这提供了产量的基础(Lifschitz E和Eshed Y.，2006.J Exp Bot 57，3405-3414)。和茄科(Solanaceae)的所有成员一样，番茄通过生长终止和SAM更新之间的循环产生复合的“合轴”枝系统，使得番茄生长是模块式的，并在生长过程中经历许多营养至开花的转变，产生包括数百个分枝、花序、和花的植物。基本而言，番茄的开花和成果是基于两个开花事件的遗传调节：在初生枝和腋生枝上形成初生花序时产生的叶数，和合轴生长产生的花序之间的叶数。

发现两个主要基因调节番茄的合轴生长。第一个是SELF PRUNING(SP)，该基因是来自拟南芥的TERMINAL FLOWER 1(TFL1)和金鱼草属(Antirrhinum)的CENTRORADIALIS(CEN)的直向同源物。SP的正常功能是阻抑开花。因此，sp突变体更快开花，这造成合轴单元内叶数的渐进降低，使得植物最终终止于两个连续花序(Pnueli L等人，1998.Development 125，1979-1989)。

SFT是发现对合轴枝生长有重要影响的第二个基因，原因是sft突变体除了晚开花之外，还将正常的番茄复合花序转化成单个花在空间上被叶隔开的不断生长的未定营养枝(Lifschitz F等人，2006.Proc Natl Acad Sci USA 103，6398-6403)。这一未定性通过顶端优势释放失败阻止第一合轴枝释放，从而阻止产生重复的合轴单元。

已鉴定了至少四个独立的sft突变并使用它们克隆SFT基因。令人感兴趣的是，发现SFT与SP/TFL1/CEN是相同基因家族的成员。这些基因产物都与磷脂酰乙醇胺结合蛋白相关，磷脂酰乙醇胺结合蛋白可能是参与信号转导的膜复合体的组分或转录辅激活物。

作为作物植物，已将番茄培育为具有有益的农艺性状，特别是与开花时间、株型、成果和果实大小相关的那些表型。事实上，sp突变已成为开发加工番茄品种的最重要的遗传变化，原因是sp突变赋予的“确定”生长习性有利于机械采收和一致的果实成熟的育种(Pnueli等人，1998.同前)。相反，sft的纯合突变体由于抑制合轴单元的重复的未定营养花序造成的不良的开花/成果和灌木样植物习性而对开花和株型具有负影响。因此，已从发育角度严格研究了sft的四种已知突变，凸显了SFT在开花时间和相关的发育过程中的作用(Lifschitz和Eshed，2006.同前；Lifschitz等人，2006.同前)。

令人惊奇的是，将本发明鉴定诱导杂种优势的突变植物的方法用于番茄突变文库，现在公开了对SFT基因中的突变为杂合的番茄植物显示通过单基因杂种优势而增加的产量。

鉴定了可导致单基因杂种优势的三个独立的sft突变。sft-4537，包含SEQ ID NO：6所列的核酸序列，编码具有SEQ ID NO：5所列的氨基酸序列的蛋白；sft-7187，包含SEQ ID NO：8所列的核酸序列，编码具有SEQ IDNO：7所列的氨基酸序列的蛋白；和sft-stop，包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列，编码具有SEQ ID NO：3所列的氨基酸序列的蛋白。

sft-4537中的突变是造成从苏氨酸(T)到异亮氨酸(I)的单氨基酸改变的核苷酸位置194处的单碱基对改变(从c到t)。

sft-7187中的突变是导致移码和截短SFT蛋白的C-末端的下游终止密码子的野生型SFT基因(SEQ ID NO：2)位置466-467处的两碱基对缺失。

这两个突变在利用与非突变植物相比开花较晚的纯合sft突变体来分离SFT基因并研究其作为可移动的开花信号“成花素”的组分的功能的出版物中已有描述(Lifschitz等人，2006.同前)。不过，虽然此出版物公开了这些序列，但是先前并未公开它们在存在SFT基因的功能性拷贝(即处于杂合状态)时数量调节产量相关性状的杂种优势的功能。

sft-stop中的突变是导致截短SFT蛋白的后三分之二的提早终止密码子的位置148处的单碱基对改变(从c到t)。该突变和其功能在本申请中是第一次公开。

当处于纯合形式时，所有三种突变导致植物开花时间的相似的表型改变，如前所述(Lifschitez等人，2006.同前)。由于丧失合轴生长、过度营养生长和降低的产量，这些改变造成相对于未携带所述突变的正常植物农艺上劣等的植物。本发明现在公开，当处于杂合形式时，这些突变导致产量的提高，如下文所示例的。不希望受任何特定作用理论或机制的束缚，杂种优势表型效应可归因于超显性(ODO)，其中显示了位于相同基因座的杂合等位基因的协同优良性能。

因此，根据某些方面，本发明提供了编码具有SEQ ID NO：3所列的氨基酸序列的突变的sft蛋白的分离的多核苷酸。根据某些实施方案，所述多核苷酸包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

根据另一方面，本发明提供了通过本发明的方法鉴定的突变体亲本近交植物，所述突变体亲本近交系赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型。

根据某些实施方案，所述亲本近交系对包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列的突变体sft基因为纯合的。

a)提供通过本发明的方法鉴定的突变体亲本近交植物，所述植物对单基因的单突变为纯合的；

c)使突变体亲本近交系与非突变体亲本系杂交(杂交)；

根据某些实施方案，所述基因是番茄SFT基因或其直向同源物。根据这些实施方案，所述杂合的杂交植物包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变的sft拷贝，其中sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；所述杂合植物特征在于与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比在至少一种产量相关的参数上的数量杂种优势。

根据某些实施方案，野生型SFT基因编码具有SEQ ID NO：1所列的氨基酸序列的蛋白。根据一个实施方案，野生型SFT基因包含SEQ ID NO：2所列的核酸序列。

根据其他实施方案，突变的sft基因编码具有选自由SEQ ID NO：3；SEQ ID NO：5和SEQ ID NO：7组成的组的氨基酸序列的蛋白。根据另外的实施方案，突变基因包含选自由SEQ ID NO：4；SEQ ID NO：6和SEQ IDNO：8组成的组的核酸序列。

根据某些实施方案，所述植物是番茄植物。根据其他实施方案，所述植物是番茄以外的作物植物，并且所述基因是SFT基因的直向同源物。

本发明的方法产生的杂交植物也涵盖在本发明的范围内。

根据某些实施方案，本发明提供了杂合的杂交植物，所述杂交植物包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变的sft拷贝，其中sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；其中所述杂合的植物显示与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比在至少一种产量相关的参数上的数量杂种优势。

根据某些典型的实施方案，本发明提供对SFT基因为杂合的杂交植物，所述植物包含具有SEQ ID NO：2所列的核酸序列的野生型SFT基因和具有SEQ ID NO：4、SEQ ID NO：6和SEQ ID NO：8中的任一个所列的核酸序列的突变的sft基因，其中所述杂交植物具有与选自由对SFT基因为纯合的植物和对sft基因为纯合的植物组成的组的植物相比增加的产量。

呈现了以下实施例以更完整地说明本发明的一些实施方案。但是，它们不应以任何方式被视为限制本发明的宽范围。本领域技术人员可容易地设计本文公开的原理的许多变化和修饰而不背离本发明的范围。

实施例

实施例1：鉴定提供杂种优势相关表型的突变的近交植物

首先用作物植物番茄(Solanum lycopersicum)鉴定赋予杂交后代至少一种杂种优势相关性状的突变的近交亲本植物。本发明的一位发明人和同事先前已产生了在加工番茄近交品种M82遗传背景中的等基因的番茄“突变文库”(Menda N Y等人，2004.Plant J 38，861-72)。对源自种子的乙基甲磺酸(EMS)化学处理和快中子诱变的总计13,000个M2家族在田间条件进行表型分析，并分类成包括15个一级类别和48个二级类别的形态类别。鉴定了超过3000个突变，其中一些代表来自番茄遗传资源中心(TGRC：http://tgrc.ucdavis.edu)单基因突变体库的先前描述的表型的新等位基因。许多突变属于超过一个类别，并因此对植物生长具有多效作用。突变体是在称为′The Genes That Make Tomatoes(构成番茄的基因)′(http://zamir.sgn.cornell.edu/mutants/)的网站的茄科植物基因组网(SGN)中可检索的和访问的。

从此数据库中选择影响植物生长的不同类别的35个单独的单基因突变体用于通过与近交品种M82回交的突变体杂种评估。非诱变的近交品种M82和纯合的突变体充当对照。将所有突变体杂合子的15个重复以随机化区组设计种植于农业田间条件(Akko，Israel)。成熟(～80-100％成熟(红色)果实)时，收获植物并测量以下产量相关的性状：1.单株重；2.青果重；3.红果重；4.总产量；5.单果重；6.总果实数。从每个基因型的12个重复中收集数据并使用程序JMP 6.0进行统计学比较。在所有情形下，纯合突变体的产量与M82相等或显著更低。6个突变体杂合子显示比M82统计学上显著更高的产量(p＜0.05；student t-检验)：e0137；e2268m1；e4130m2；e4537m1；n1902m1；和n5568(图2)。个体效应在15-87％范围内。

此实施例说明，当一个拷贝(等位基因)被突变时，尽管出于所有实际考虑，其余的基因和基因间染色体区段对M82基因型保持纯合，可从单基因实现杂种优势。因此，上述杂合子的亲本植物可用于培育具有增加的产量的杂交植物。

实施例2：鉴定杂种优势相关的突变

使用上述“突变文库”和所鉴定的显示杂种优势效应的6个突变体鉴定在处于杂合形式时赋予杂种优势的特定突变。

在这6个突变体杂种中，突变体杂合子sft-e4537/+和s-n5568/+展示最强的超显性效应(产量分别比最佳亲本高87％和39％，图3)。超显性分别归因于编码FT的拟南芥直向同源物(番茄SFT)和WOX9的基因中的突变的杂合性。

SFT基因先前已被鉴定，并显示编码充当成花素的主要成分的蛋白(Lifschitz等人，2006.同前)。sft-4537杂合植物显示对总产量以及多个产量相关性状的最强杂种优势效应，暗示对生长的显著多效效应。杂合的sft-4537突变体的杂种优势效应在Kefar Masarik，Israel的第二实验环境中是可再现的(表1)。

表1：番茄sft突变体杂合子的单基因杂种优势

在Akko，Israel，sft杂合植物的所有6个测量性状统计学上高于(p＜0.05；Dunnett t-检验)对照纯合M82植物(标有^*)。在Kefar Masarik，Israel，6个性状中的4个性状，包括总产量，统计学上高于(p＜0.05)对照纯合M82植物(^*)。括号中的数字代表标准误差。

对单突变体sft观察到的显著结果提供了此基因负责杂种优势的支持，但其它解释是可能的(如未知的背景突变或普通诱变诱导的调节变化)。为了获得sft突变体等位基因杂合性导致杂种优势的明确证据，在第二年(2009)检查了M82的基因中的碱基置换、缺失和终止密码子造成的三个独立获得的sft等位基因。

上述sft-4537突变是造成从苏氨酸(T)至异亮氨酸(I)的单个氨基酸改变的单碱基对改变。sft-4537描绘于SEQ ID NO：6的核酸序列，编码包含SEQ ID NO：5所列的氨基酸序列的蛋白。

sft-7187突变是导致移码和截短SFT蛋白的C-末端的下游终止密码子的两碱基对缺失。sft-7187描绘于SEQ ID NO：8的核酸序列，编码包含SEQID NO：7所列的氨基酸序列的蛋白。这两个突变先前已有描述(Lifschitz等人，2006，同前)。

sft-stop突变是导致截短SFT蛋白的后三分之二的提早终止密码子的单碱基对改变。sft-stop描绘于SEQ ID NO：4的核酸序列，编码包含SEQ IDNO：3所列的氨基酸序列的蛋白。

此突变在本申请中是首次公开，所以序列本身和其功能丧失都是新的。

将所有三个等位基因与M82杂交，并以宽间隔(每平方米1株)以重复的试验测试植物。如图4中可见的，所有三种纯合突变的果实产量都显著低于M82，揭示近交退化，但是所有突变体杂种都具有比M82更高的产量，近似匹配主要的商业加工番茄杂种AB2。

突变体ODO效应的另一项测试是将突变体与另一遗传背景杂交并产生具有和不具有变体sft等位基因的杂种。将M82与E6203(两种系都有～40年历史)杂交，F1杂种具有与近交的E6203相似的糖产量(g/m²)。含有突变体等位基因的M82与E6203的杂种在宽间隔和密集间隔下显著高于对照杂种(图5B和C)，并与现代高产量杂种AB2相似。在不同的遗传背景、种植密度和干旱条件下获得了相似的结果(数据未显示)，从而突出了sft突变在不同遗传背景中的ODO效应的力量。

具体实施方案的以上描述如此完整地揭示了本发明的一般性质，使得其他人通过应用现有的知识可容易地改动和/或调整这些具体实施方案以适合不同应用而无需过多实验，且不背离一般概念，而且这些调整和改动应该并意图包括在所公开的实施方案的含义和范围内。应理解，本文采用的措辞或术语是出于描述目的而非限制。执行各种公开的功能的方法、材料和步骤可采取各种替代形式而不背离本发明。

Claims

1.一种鉴定赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交植物的方法，所述方法包括：

a.提供第一纯合近交植物群体和源自所述第一群体、具有单基因突变并与所述第一近交群体具有相同遗传背景的第二纯合突变植物群体；

b.在相同环境条件下种植所述第一近交群体和所述第二突变群体；

c.从所述第二突变群体中选择与所述第一近交群体的表型相比显示至少一种表型变异的植物，以获得突变亲本近交植物的选择亚群；

d.将步骤(c)中获得的所述选择亚群的每种突变亲本近交植物与所述第一群体的植物回交以产生多个回交植物群体，其中每个所述回交群体仅在所述突变处是杂合的，而在基因组的其余处是纯合的；

e.从所述回交植物群体中筛选与所述第一近交群体相比表现至少一种优良表型性状的植物，从而关联个体突变亲本近交植物与显示至少一种优良表型性状的杂交植物；

其中步骤(e)中鉴定的每种所述突变亲本近交植物赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型。

2.如权利要求1所述的方法，其中将步骤(d)中的回交替换为将步骤(c)中选择的每种植物与具有不同遗传背景的、独立的第三纯合近交植物群体杂交，以产生对所述突变为杂合的多个杂交植物群体。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述环境条件选自由田间条件和温室条件组成的组。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)的所述突变亲本近交植物的选择亚群显示选自由与所述第一近交群体的表型相比的优良表型和劣等表型组成的组的表型变异。

5.如权利要求4所述的方法，其中步骤(c)的所述突变亲本近交植物的选择亚群显示与所述第一近交群体的表型相比劣等的表型。

6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)包括从所述回交群体中筛选表现出至少一种产量相关的优良性状的植物。

7.如权利要求6所述的方法，其中产量相关的性状选自由以下组成的组：营养生长速率、单株重、开花时间、花序数、每花序花数、果实或谷粒成形时间和果实或谷粒重量、生物胁迫耐受性；病原体耐受性；非生物胁迫耐受性；热、冷和干旱耐受性。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述植物是作物植物。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述作物植物选自由番茄、辣椒、大豆、玉米、水稻、小麦、大麦、观赏植物和主伐木植物组成的组。

10.一种赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交植物，所述突变体亲本近交植物通过权利要求1所述的方法鉴定。

11.一种赋予杂交后代至少一种杂种优势相关表型的突变体亲本近交植物，所述突变体亲本近交植物是突变体sft基因纯合的，所述突变体sft基因包含SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

12.一种分离的多核苷酸，所述分离的多核苷酸编码具有如SEQ IDNO：3所列的氨基酸序列的突变体sft蛋白。

13.如权利要求12所述的分离的多核苷酸，所述分离的多核苷酸具有SEQ ID NO：4所列的核酸序列。

14.一种产生显示至少一种杂种优势表型的杂交植物的方法，所述方法包括：

a.提供权利要求10所述的突变体亲本近交植物，所述植物包含单基因的单突变；

b.提供对所述基因的野生型拷贝为纯合的非突变体亲本近交植物；和

c.使所述突变体亲本近交系与所述非突变体亲本系杂交；

15.如权利要求14所述的方法，其中所述杂合的杂交植物显示与最佳亲本植物的表型性能相比优良的至少一种杂种优势表型。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述至少一种杂种优势表型是产量相关的。

17.如权利要求14所述的方法，其中与所述非突变体亲本植物相比，所述杂交植物显示至少一种杂种优势表型。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述非突变体亲本植物与所述突变体亲本植物是等基因的。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述基因是番茄SINGLE FLOWER TRUSS(SFT)基因或其直向同源物。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述杂交植物包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变的sft拷贝，其中所述sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；并且其中与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比，所述杂交植物显示至少一种产量相关的杂种优势表型。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述野生型SFT基因编码具有SEQ ID NO：1所列的氨基酸序列的蛋白。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述野生型SFT基因包含如SEQID NO：2所列的核酸序列。

23.如权利要求20所述的方法，其中所述突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：3所列的氨基酸序列的蛋白。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述突变的sft基因包含如SEQID NO：4所列的核酸序列。

25.如权利要求20所述的方法，其中所述突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：5所列的氨基酸序列的蛋白。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述突变的sft基因包含如SEQID NO：6所列的核酸序列。

27.如权利要求20所述的方法，其中所述突变的sft基因编码具有SEQ ID NO：7所列的氨基酸序列的蛋白。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述突变的sft基因包含如SEQID NO：8所列的核酸序列。

29.如权利要求20所述的方法，其中所述植物是番茄(Solanumlycopersicum)植物。

30.一种杂交植物，所述杂交植物是根据权利要求14所述的方法产生的。

31.一种杂交植物，所述杂交植物包含结构上完整且功能性的野生型SFT基因拷贝和突变的sft拷贝，其中所述sft拷贝中的突变使得其在纯合时降低SFT基因功能；并且其中与具有SFT基因的两个功能性野生型拷贝的纯合植物相比，所述杂交植物显示至少一种产量相关的杂种优势表型。

32.如权利要求31所述的杂交植物，所述植物包含具有SEQ ID NO：2所列的核酸序列的野生型SFT基因和具有选自由SEQ ID NO：4、SEQ IDNO：6和SEQ ID NO：8组成的组的核酸序列的突变体sft基因。

33.如权利要求32所述的杂交植物，其中所述突变体sft基因包含如SEQ ID NO：4所列的核酸序列。