CN1310764A - 植物中孢母细胞或性母细胞形成的控制 - Google Patents

植物中孢母细胞或性母细胞形成的控制 Download PDF

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Abstract

本发明提供了参与植物生长期间性母细胞形成的基因和所编码的蛋白质。用改变或未改变形式的这些基因转化植物和植物相关宿主,或突变内源形式的这些基因,使植物在生长期间能结无籽果实和/或无花粉花。本发明还提供了生产能结无籽果实和/或无花粉花的转基因植物的方法。

Description

植物中孢母细胞或性母细胞形成的控制
发明领域
本发明涉及与植物能育性相关的基因及其编码的蛋白质。本发明尤其涉及参与植物性母细胞形成的基因及其编码的蛋白质的应用，以使植物能结无籽果实和/或无花粉花。
发明背景
高等植物生命周期的一基本部分是二倍体孢子产生或单倍体配子产生之间的转换。在开花植物中，配子产生由花粉粒及子房内的胚囊组成。高等植物中从孢子相过渡为配子相由二个过程组成，孢子发生和配子发生。配子发生主要包括单倍体孢子分化为成熟配子。参见G.N.Drews等，植物细胞10(5)(1988)。孢子发生特征在于花药和胚珠原基中下皮细胞分化为孢原细胞，孢原细胞进一步发育为小孢子母细胞(花粉母细胞)和大孢子母细胞(***)。参见J.Bowan(1994),Arabidopsis,An Atlas of Morphology and Development。小孢子母细胞和大孢子母细胞(统称为性母细胞)经过减数***产生孢子。因此性母细胞的形成在植物再生中包括一非常重要的步骤。
在拟南芥中，孢子发生和配子发生(也分别称为大孢子发生和雌配子发生)已被详细阐述。参见Bowman,J.,1994,Arabidopsis,An Atlasof Morphology and Development。在孢子发生中，双珠被胚珠与薄珠心胚珠在植物子房(心皮)胎座上作为类指状结构产生。在胚珠原基顶部单个下皮细胞比相邻细胞更突出，这是由于其略大的大小，更密集的细胞质及更明显的细胞核，并在10～11朵花时期分化为孢原细胞。孢原细胞然后纵向延伸和极化其细胞成分，并分化为孢母细胞或大孢子母细胞(MMC)。MMC然后经过减数***形成四个单倍体大孢子(四联体)。在11朵花时期可见到孢原细胞稍后，在珠心基底的表皮细胞中形成内层和外层珠被。在配子发生中，外层珠被生长超过内层珠被，外层和内层珠被均包被珠心，珠心中雌配子体(胚囊)在13朵花时期发育。在成熟时期，内层珠被的内层细胞分化为营养内皮(珠被绒毡层)。
尽管已熟知以上内容，但关于调节与控制孢子发生，尤其性母细胞形成的分子与遗传机制还了解得很少。鉴别调节与控制性母细胞形成的基因有助于了解这些机制，及发现操纵植物能育性的方式。
因此本发明的一方面是提供参与植物性母细胞形成中的分离的核酸及其编码的蛋白质，其可用于操纵植物的能育性。
本发明的另一方面是生产一种植物，其中性母细胞形成已在生长期间被影响，以使植物能结包括无籽果实和/或无花粉花的改变的果实和/或花。
发明概述
本发明涉及鉴别一种新的无孢母细胞(SPL)基因，其参与植物的雄性和雌性器官中性母细胞形成中。SPL基因，其编码的多肽与蛋白质及其同系物可用于调节及控制植物中性母细胞形成，以产生变化的植物，包括能结无籽果实或无花粉花的植物，或基本上无核及无花粉的果实和花的植物。
根据本发明的一实施方案，提供了编码参与植物性母细胞形成中的蛋白质的分离的核酸及其互补序列。这些分离的核酸包括分离自Arabidopsis thaliana生态型landsberg erecta植物及其它植物物种的SPL基因的DNA，或其一部分。本发明还提供了拟南芥和其它植物物种的SPL基因的同系物，其能与SPL基因的DNA杂交。这些同系物具有SPL类型的功能并可从整个植物界中被鉴别。
根据本发明的DNA可以各种形式存在，包括编码调节或控制植物性母细胞形成的蛋白质的外源DNA。
本发明的DNA可以是已通过突变或其它方式改变以影响植物中性母细胞形成的外源基因。在一优选的实施方案中，本发明提供了遗传因子的***，如Ds序列(具有或不具有活性Ac序列)***上述核酸中。
本发明还提供了负责性母细胞形成的植物内源DNA的改变或突变，可通过直接或定向诱变，或其它也可影响性母细胞形成的技术进行。含有这种突变的基因的植物可以结无籽果实和/或无花粉花。
根据本发明，还提供了参与植物中性母细胞形成的多肽或蛋白质，这些多肽或蛋白质可调节或控制性母细胞形成，其包括植物来源的SPL蛋白或其部分。本发明也包括来自大多数或全部植物物种的SPL蛋白，这些蛋白质的具有相同或相似的SPL蛋白调节功能(即性母细胞形成)的同系物。本文中同源多肽定义为具有与图3所示氨基酸序列(SEQ ID NO:4)具有至少80％或更高同源性的氨基酸序列的多肽。
在另一方面，本发明涉及与本文描述的多肽和蛋白质结合的抗体，这种抗体可用于定位植物中调节活性的部位。根据本发明另一实施方案，包含SPL蛋白和一种额外的肽如蛋白质标记的融合蛋白也可用于检测植物中SPL蛋白/蛋白相互作用的部位。
本发明进一步提供了用作杂交探针的分离的核酸和其互补序列，它们可用于检测参与植物中性母细胞形成的同源核酸。
本发明进一步提供了含有能在植物生长过程中以多种方式影响性母细胞形成的DNA的植物和植物相关宿主，包括种子、植物组织培养物和植物部分，所述DNA可以是改变的或未改变的外源DNA，或改变的内源DNA，或其部分。
本发明的另一实施方案中，提供了生产其中性母细胞被影响或控制的转基因植物的方法，特别是生产能结无籽果实和/或无花粉花的转基因植物的方法。
本发明还提供了SPL基因的启动子，其可用于驱动SPL基因或外源基因在植物小孢子母细胞和大孢子母细胞中的表达。此启动子可用于使转基因在植物繁殖细胞中表达，从而使植物不育。此启动子还可用于表达一定基因，从而从具有相比于亲代植物改变的DNA结构的植物产生下一代种子。
附图和序列表的简要描述
图1A(SEQ ID NO:2)示出紧邻Ds序列(以黑体字表示)侧翼的SPL基因的基因组序列的一部分。Ds序列的***导致在***位点4个碱基对重复(下划线处)。
图1B(SEQ ID NO:3)示出如图1A(SEQ ID NO:2)所示的Ds序列。
图2(SEQ ID NO:1)示出SPL基因的cDNA序列。以黑体字代表的密码子atg和taa分别表示开放读框的起始和终止密码子。下划线的序列gcta表示Ds序列的***位点。
图3(SEQ ID NO:4)示出推导自图2的DNA序列(SEQ ID NO:1)的SPL多肽的氨基酸序列。密码子Val Leu(黑体字)位于Ds序列的***位点。
图4(SEQ ID NO:5～14)例证了一些MADS盒式转录因子的MADS区的前18个氨基酸与SPL蛋白64～80位氨基酸的序列对比。
图5(SEQ ID NO:15)示出SPL基因启动子的DNA序列及该基因的编码区。此启动子序列起自SPL基因起始密码子上游的2690位核苷酸。起始密码子ATG的第1个核苷酸标记为+1位。划线处为起始密码子ATG和终止密码子TAA，两个外显子以黑体字表示。
发明详细描述
如上所述，本发明提供了分离的核酸分子(例如DNA或RNA)，其编码参与并可能是植物雄性及雌性器官中性母细胞形成所必需的蛋白质。当本文所述的核酸分子掺入本领域技术人员已知的任何蛋白质表达***时，这种核酸可用于产生植物起源的无孢母细胞(SPL)蛋白质及SPL型蛋白质。本发明的一种分离的SPL基因示于图2(SEQ IDNO:1)。SPL基因启动子区的序列以及基因的编码区示于图5(SEQID NO:15)。
“分离的”或“基本上纯化的”核酸(例如RNA,DNA或混合的聚合物)是与天然伴随着天然人类序列或蛋白质例如核糖体，聚合酶，许多其它人类基因组序列及蛋白质的其它细胞成分基本上分离的核酸。该术语包括已从其天然发生的环境中移出的核酸序列或蛋白质，并包括分离的重组或克隆的DNA及化学合成的类似物或通过异源***生物合成的类似物。
所述“编码”多肽的多核苷酸，如果在其自然状态或当经本领域技术人员熟知的方法操纵时，其可被转录和/或翻译以产生mRNA和/或多肽或其片段。反义链是这种核酸的互补序列，且从中可推导出编码序列。
术语“SPL”指野生型形式，而“spl”指SPL基因的突变形式。“SPL”(非斜体字)指本文所述蛋白质的野生型形式。
文中SPL基因的“一部分”或“片段”指最小大小至少大约8个或优选至少大约15个，或更优选至少大约25个核苷酸，且可具有至少大约40个核苷酸。此定义包括8～40个核苷酸范围内的所有大小以及多于40个核苷酸的大小。因此，此定义包括8,12,15,20,25,40,60,80,100,200,300,400,500个核苷酸的核酸，或具有这些数值范围内任何数目核苷酸(例如9,10,11,16,23,30,38,50,72,121…等个核苷酸)的核酸，或具有500个以上核苷酸的核酸。本发明包括具有衍生自图1A(SEQ ID NO:2)或图2(SEQ ID NO:1)的至少8个核苷酸的所有新核酸，其互补序列或功能相同的核酸序列。本发明不包括现有技术中存在的核酸。即本发明包括具有衍生自图1A(SEQ ID NO:2)或图2(SEQ ID NO:1)的至少8个核苷酸的所有核酸，而不包括现有技术中存在的核酸。
根据本发明实施方案的SPL基因可衍生自双子叶Arabidopsisthaliana。由此基因编码的多肽可调节或控制并可以为植物性母细胞形成所必需。通过SPL基因的突变，植物不能或几乎不能产生孢子，胚囊及花粉粒。因而，本发明的分离的SPL基因可用于产生修饰的植物，包括产生无籽果实，无花粉花和/或具有较大生物量的植物。
本发明提供了编码参与性母细胞形成中的蛋白质的分离的核酸或其互补序列，其中所述核酸包括：(a)编码图3所示氨基酸序列(SEQ IDNO:4)的DNA，或(b)天然产生的DNA，或天然产生的DNA的简并DNA，其在中等严格条件下与(a)的DNA杂交，其中天然产生的DNA与(a)的DNA至少70％相同，且其中所述天然产生的DNA编码的蛋白质参与性母细胞形成中。
本发明还包括编码参与植物性母细胞形成中的蛋白质的分离的核酸或其互补序列，其中核酸包括植物天然产生的DNA，或天然产生的DNA的简并DNA，其与(a)图1A(SEQ ID NO:2)或其一部分，或(b)图2(SEQ ID NO:1)或其一部分的DNA在中等严格条件下杂交，其中天然产生的DNA与(a)或(b)的DNA至少70％相同，且其中天然产生的DNA编码这种蛋白质。
本发明还提供了分离的核酸或其互补序列，其与(a)图2(SEQ IDNO:1)的81～1024位核苷酸或其一部分，或(b)编码由(a)编码的相同氨基酸序列，但使用一些氨基酸的不同密码子的(a)的变体具有至少70％的相同性，且其中此核酸编码参与植物性母细胞形成中的蛋白质。
杂交是指核酸的互补链(即有义：反义链或探针：靶DNA)之间通过氢键彼此结合，类似于染色体DNA中天然存在的键。用于所供探针与靶DNA杂交的严格条件可由本领域技术人员很容易地改变。
文中“中等严格”杂交是指一种使靶DNA与如下的互补核酸结合的条件，该互补核酸与靶DNA具有大约60％，优选大约70％，更优选大约75％，更优选85％，特别优选90％的同源性。优选地，中等严格条件是在50％甲酰胺，5×Denhart’s溶液，5×SSPE,0.2％SDS中，在42℃杂交，随后在65℃在0.2×SSPE,0.2％SDS中冲洗。本领域技术人员熟知Denhart’s溶液和SSPE(例如参见Sambrook等，分子克隆实验手册，冷泉港实验室出版，1989)以及其它适当的杂交缓冲液。
术语“同源性”或“同系物”，或说核酸或其片段与其它核酸“同源”是指当与其它核酸(或其互补链)充分对比序列(具有适当核苷酸***或缺失)时，至少大约50％，通常大约70％，更通常大约80％，优选至少90％，更优选至少95-98％的核苷酸碱基的核苷酸序列相同。
为测定两个不同核酸间的同源性，可用BLASTN程序“BLAST2序列”测定同源性百分率。此程序可从Internet上得自国家生物技术信息中心(NCBI)(http://www.ncbi.nlm.nih.govf/b12.html)(Altschul等，1997)。所用参数包括以下产生最大计算同源性百分率的参数组合(如下用圆括号内所示参数计算)：
程序-blastn
Matrix-0 BLOSUM62
Reward for amatch-0或1(1)
Penalty for a mismatch-0,-1,-2或-3(-2)
Open gap penalty-0,1,2,3,4,或5(5)
Extension gap penalty-0或1(1)
Gap x dropoff-0或50(50)
Expect-10
根据各种其它结果，BLASTN程序示出匹配的两个核酸的完整链或区域间的相同性百分率。此程序示出两个对比链的序列对比及相同性作为部分结果。如果链是等长的，根据核酸全长计算相同性。如果链不等长，用较短核酸链长计算。如果核酸间只其序列的一部分相似，BLASTN程序将示出只是这些相似部分的相同性，其是单独报道的。为测定本文的同源性，同源性百分率指对比的两个序列中较短者。如果任何一个区域示出具有不同相同性百分率的不同序列对比，使用产生最高同源性的序列对比。
或者，当核酸或其片段在选择性杂交条件下与另一核酸(或其互补链)杂交时，存在“同源性”。当杂交基本比发生特异性全部丧失更具有选择性时，存在杂交选择性。典型地，当一段至少14个核苷酸的序列至少大约35％，优选至少大约65％，更优选至少大约75％，最优选至少大约90％同源时，将发生选择性杂交。参见Kanehisa,1984,核酸研究12:203-13。所述同源性对比的长度可以是较长一段序列，在某些实施方案中通常长度至少大约9个，通常至少20个，更通常至少24个，典型地至少大约28个，更典型地至少大约32个，优选至少36个或更多个核苷酸。
除了碱基组成，互补链长度及杂交核酸间碱基错配核苷酸数目之外，核酸杂交将受盐浓度，温度或有机溶剂等条件的影响，本领域技术人员很容易意识到这些。严格温度条件通常包括30℃以上，典型地37℃以上，优选45℃以上。严格盐条件一般小于1000mM，典型地小于500mM，优选小于200mM。但参数的组合比任一参数的测定更重要。严格条件依于核酸的长度及核酸的碱基组成，并可由本领域熟知的技术测定。例如参见Wetmur和Davidson,1968，分子生物学杂志31:349-70。
探针序列在一定条件下也可与双螺旋DNA杂交，以形成三螺旋或其它更高级DNA复合物。本领域熟知这种探针的制备及杂交条件。
SPL核酸可以是图2(SEQ ID NO:1)所示核酸，或者可以是通过添加，***，缺失及取代所示序列的一或多个核苷酸加以改变而不同于所示序列的等位基因或变体或衍生物。核苷酸序列的改变通过遗传密码决定可引起或不引起蛋白质水平的改变。
因此，本发明的核酸可包括不同于图2(SEQ ID NO:1)所示序列的一序列，但仍编码具有与图3(SEQ ID NO:4)所示相同序列的多肽。即本发明的核酸包括遗传密码简并结果的序列。另一方面，编码的多肽可包括一氨基酸序列，该序列与图3(SEQ ID NO:4)所示氨基酸序列有一或多个氨基酸残基不同。本发明还提供了编码是图3(SEQ ID NO:4)所示氨基酸序列的变体，衍生物或等位体的多肽的核酸。
SPL基因也指(a)任何DNA序列，其(ⅰ)在严格条件下(见Ausubel等，1992，分子生物学通用方案(John Wiley和Sons，纽约))与编码图3所示氨基酸序列(SEQ ID NO:4)的DNA的互补序列杂交，及(ⅱ)编码与SPL蛋白质功能相同的基因产物，或(b)任何DNA序列，其(ⅰ)在较低严格条件如中等严格条件下(Ausubel等，1992)，与编码图3所示氨基酸序列(SEQ ID NO:4)的DNA序列的互补序列杂交，及(ⅱ)编码与SPL蛋白质功能相同的基因产物。本发明还包括是本文所述序列互补序列的核酸序列。
根据本发明的一优选实施方案，提供了一包含图2(SEQ ID NO:1)所示相同连续核苷酸序列的分离的核酸或其互补序列，或其一部分，其编码参与植物性母细胞形成中的蛋白质。
本发明还提供了一与所述包含图2所示连续核苷酸序列的序列杂交的分离的核酸序列或其互补序列，或其一部分，其前面为提供基因启动子区的核酸序列。提供启动子区的核苷酸序列示于图5。特别地，此启动子包括位于图5(SEQ ID NO:15)所示序列的-2690～-1位核苷酸内的序列，或其能调节可操纵连接的基因表达的功能片段。
在本发明的一实施方案中，分离的SPL启动子可被可操纵地连接于外源基因并控制外源基因的表达。
根据本发明另一优选实施方案，提供了包含图2(SEQ ID NO:1)的81～1024位核苷酸的相同连续核苷酸序列的分离的核酸或其互补序列，或它们的一部分，其编码参与植物性母细胞形成中的蛋白质。
根据本发明的另一实施方案，提供了编码参与植物性母细胞形成中的多肽和蛋白质的分离的核酸及其互补序列。这种参与可包括调节或控制性母细胞形成。由该分离的核酸编码的多肽和蛋白质包含与图3(SEQ ID NO:4)中相关氨基酸序列至少大约80％，更优选大约90％相同的氨基酸序列，尤其优选95％以上相同性的氨基酸序列。在一优选的实施方案中，本发明提供了一包括编码包含图3(SEQ ID NO:4)所示相同氨基酸序列的蛋白质的核酸的分离的核酸及其互补序列。
这样，本发明的SPL多肽可以是图3(SEQ ID NO:4)所示多肽，其可以是分离的和/或纯化形式，不含或基本上不含天然相关的物质。如果通过在原核细胞中表达而产生或合成产生，此多肽可能缺失天然翻译后加工如糖基化。或者，本发明还涉及是SPL多肽的序列变体，等位体或衍生物的多肽。这种多肽可具有不同于图3(SEQ ID NO:4)所示序列的氨基酸序列，通过添加，取代，缺失或***一或多个氨基酸而不同。
取代变体典型地在蛋白质的一或多个位点由一个氨基酸置换另一个，并可设计为调节多肽的一或多种性质，如抗蛋白酶切的稳定性，而不丧失其它功能或性质。氨基酸取代可基于所涉及残基的极性，电荷，可溶性，疏水性，亲水性和/或两亲性进行。优选的取代是保守取代，即用相似形状和电荷的氨基酸取代氨基酸。本领域熟知保守取代且典型地包括在以下组之内的取代：甘氨酸，丙氨酸；缬氨酸，异亮氨酸，亮氨酸；天冬氨酸，谷氨酸；天冬酰胺，谷氨酰胺；丝氨酸，苏氨酸；赖氨酸，精氨酸；及酪氨酸，苯丙氨酸。
蛋白质结构中的某些氨基酸可以被其它氨基酸取代，而不明显丧失结构的相互作用性结合能力，所述结构例如抗体的抗原结合区或底物分子上结合位点或与SPL多肽相互作用的蛋白质上结合位点。由于其是活性容量及阐述蛋白质生物功能活性的蛋白质性质，某些氨基酸取代可以在蛋白质序列及其DNA编码序列中进行，而获得相似性质的蛋白质。在进行这种置换中，要考虑氨基酸的疏水指数。本领域技术人员已知氨基酸疏水指数在赋予蛋白质相互作用性生物学功能中的重要性。参见Kyte和Doolittle,1982，分子生物学杂志57:105-32。或者，类似氨基酸取代可在亲水性的基础上有效进行。本领域技术人员已知亲水性在赋予蛋白质相互作用性生物性功能中的重要性(美国专利4,554,101)。关于使用疏水指数或亲水性在设计多肽中的进一步阐述见于美国专利5,691,198。
在本发明的另一实施方案中，提供了包含至少具有图2(SEQ IDNO:1)的81～1024位碱基的8个连续核苷酸的DNA的分离的DNA分子，或其互补序列。在一优选的实施方案中，分离的核苷酸具有图2(SEQ ID NO:1)的81～1024位碱基的至少15个连续核苷酸。
根据本发明的另一实施方案，提供了分离的核酸或其互补序列，其含有编码阻断，降低或提高植物中性母细胞形成的SPL多肽突变体的核酸。
根据本发明的另一实施方案，提供了通过在适当宿主细胞中表达上述核酸序列，重组产生SPL和SPL型蛋白质的方法。该蛋白质可在SPL基因启动子的控制下被表达。
在本发明另一实施方案中，提供了生产转基因植物的方法，该植物能结无籽果实和/或无花粉花，或基本上无核或无花粉的果实和花。这些方法包括用适当表达***转化植物以阻断，降低或提高植物性母细胞形成，该表达***含有改变形式(例如突变)的上述核酸序列。本领域熟练技术人员很容易确定适当的表达***。例如，通过农杆菌介导的和/或biolistic方法，在适当启动子控制下的基因可以很容易地转化入大多数种植植物中，参见Christou，植物科学动向1:423-431。
其它实施方案的生产能结无籽果实和/或无花粉花的转基因植物的方法，包括用上述核酸序列转化植物以通过反义及相关技术阻断，降低或提高性母细胞形成。有义及反义技术是常用的改变植物发育和代谢的方法。例如参见Jorgensen,R.A.等，植物分子生物学31(5):957-73(1996)。有义和反义构建体通过农杆菌介导的和/或biolistic方法可很容易地导入植物细胞中，参见P.Christou，植物科学动向1:423-431。
在另一实施方案中，本发明涉及一种生产结无籽果实和/或无花粉花的植物的方法，包括在植物中以改变形式表达上述核酸序列以影响植物性母细胞形成。
在本发明一优选的实施方案中，上述方法包括用包含参与性母细胞形成的核酸或其互补序列的表达***转化植物，该表达***包括(a)编码图3(SEQ ID NO:4)的蛋白质的核酸，(b)如图2(SEQIDNO:1)所示核酸或其一部分，或(c)如图2(SEQ ID NO:1)的81～1024位核苷酸所示核酸或其一部分，其中核酸被突变以阻断，降低或提高植物中性母细胞形成，从而使植物能结无籽果实或无花粉花。
在本发明另一实施方案中，提供了一种生产能结无籽果实或无花粉花的植物的方法，包括突变负责性母细胞形成的植物内源DNA，其中性母细胞形成受影响且植物能结无籽果实或无花粉花，或结基本上无核或无花粉的果实或花。在本发明的一优选实施方案中，内源DNA通过定向诱变而突变。参见Mazzucato,A等，Development125(1):107-114(1998)。
“转基因植物”包括含有野生型(天然)植物中非天然存在的内源或外源DNA或RNA，或已知变体，或含有如本文所述导入的额外或反向拷贝的天然存在的DNA的植物，及其从种子经营养繁殖产生的，经细胞、组织或原生质体培养等产生的子代。本发明的转基因植物可包含编码参与植物性母细胞形成中的SPL蛋白或类SPL蛋白的DNA。例如，当导入和/或存在于植物细胞时，SPL DNA或SPL DNA变体形式的表达可产生缺少性母细胞或具有比相同种类的未转化植物中性母细胞数多的植物。例如，具有过量性母细胞数的玉米macⅠ突变体导致完全雄性不育及部分雌性不育。过量性母细胞数导致不育性的机制还不十分清楚。参见Sheridan,W.F.,等，遗传142:1009-1020(1966)。
本发明的DNA可以是以有义或反义方向加入的外源DNA，其编码参与并可为植物性母细胞形成之所需的蛋白质。参见Jorgensen,R.A.,等，植物分子生物学31(5)957-73(1996)。本发明的DNA也可以是已经改变的(如突变的)外源DNA，从而其阻断、降低或提高性母细胞形成。例如，遗传因子如Ds序列(具有或不具有活性Ac序列)的***，可影响性母细胞形成，且因此可特别用于本发明。本发明还提供了直接定向诱变负责性母细胞形成的植物内源DNA，其也能影响性母细胞形成。
已通过直接诱变而突变的参与性母细胞形成中的外源和内源DNA不同于相应野生型(天然存在的)DNA之处是这些序列中含有至少一个核苷酸的取代，缺失或加入，且能编码至少一个氨基酸残基不同于相应野生型蛋白质的蛋白质。文中所用术语“核苷酸”包括DNA或RNA的残基。
改变或未改变形式的外源DNA可通过熟知方法，如农杆菌介导的转化法，微粒轰击，微注射或电穿孔法导入目标植物中。参见Wilkinson,J.Q.等，自然生物技术学15(5)444-447(1997)。
携带外源SPL或类SPL DNA，或经直接诱变突变的内源SPL DNA的植物细胞，可用于产生转基因植物，其中性母细胞形成被阻断，降低或提高，因此是额外植物的来源，经种子生产或非种子，无性繁殖方式(即切割，组织培养等)。
本发明还提供了用上述核酸序列转化的植物，植物细胞和植物种子。在这种转化的植物，植物细胞和植物种子中，在性母细胞形成和植物生长期间性母细胞的形成可被影响。
根据本发明的另一实施方案，提供了分离的蛋白质家族，其可调节或控制植物雄性和雌性器官中性母细胞形成。这种蛋白质包括与SPL功能和结构相关的蛋白质，因而通过干扰SPL功能使植物能结无籽果实和/或无花粉花。这种蛋白质还包括其它植物物种的相关蛋白质，其是那些物种中SPL的功能和结构的等价物，并行使SPL在拟南芥中行使的相同功能。本发明蛋白质的典型氨基酸结构如图3(SEQ IDNO:4)所示。本发明的蛋白质参与植物性母细胞形成中，并含有与图3(SEQ ID NO:4)中的参照序列至少大约80％，优选大约90％氨基酸相同性的氨基酸序列，特别优选具有95％以上氨基酸相同性的序列。在一优选的实施方案中，本发明提供了包含或具有与图3(SEQID NO:4)相同氨基酸序列的蛋白质。
根据本发明的另一实施方案，提供了抗上述蛋白质的抗体。这种抗体可用于各种应用中，包括确定植物中调节活性的位点。
在本发明另一实施方案中，提供了一种融合蛋白，其可包含上述任一种氨基酸，且在一优选的实施方案中包括SPL或SPL型蛋白质。本发明的融合蛋白还可包括一附加的肽，如蛋白质标记，其可用于检测植物中SPL蛋白质/蛋白质相互作用的位点。
根据本发明的另一实施方案，本文所述核酸分子(或其片段)可用易于检测的取代基标记，并用作杂交探针，以分析所供植物样本中SPL或SPL型DNA或RNA的存在与否和/或数量。在本发明一优选的实施方案中，用作杂交探针的分离的核酸包括具有图1A(SEQ IDNO:2)所示核苷酸序列或其一部分的核酸。在本发明的一更优选的实施方案中，杂交探针可以是包括图2(SEQ ID NO:2)的81～1024位核苷酸所示核苷酸序列或其一部分的核酸。所述的核酸分子及其片段也可用作PCR中的引物和/或模板，以扩增编码所述SPL蛋白质或SPL型蛋白质的基因。
本发明的另一实施方案提供了SPL基因的分离的启动子。延伸自SPL基因起始密码子上游2690位核苷酸的DNA片段已被鉴别为SPL基因的调节表达区。此启动子的序列示于图5(SEQ ID NO:15)的序列中-2690～-1碱基对序列。起始ATG密码子的第1个核苷酸在序列中被定为+1位。从-2690至-1位的序列足以提供在大孢子母细胞和小孢子母细胞中SPL特异表达。文中所用“启动子”包括这种序列，与这种序列杂交并启动可操纵地与其连接的编码序列的表达的序列，这种序列的能启动或调节可操纵地与其连接的编码序列的表达的功能片段。如果启动子与编码序列的ATG起始密码子连接，则其可与编码序列可操纵地连接。
SPL基因的启动子可用于驱动植物小孢子母细胞和大孢子母细胞中SPL基因或外源基因的表达。启动子的一个用途是使转基因在植物生殖细胞中特异表达。如果转基因如编码核糖核酸酶的基因在SPL启动子的控制下表达，植物将是不育的。或者，SPL启动子可用于在生殖细胞中(孢母细胞)特异表达编码转座酶或重组酶(催化DNA重排的蛋白质)的基因，如此下一代种子将具有相比于亲代植物改变的DNA结构。例如，携带在SPL启动子控制下Cre重组酶的植物可用于从孢母细胞中特异地切除转基因DNA的区段。结果，亲代植物将携带转基因，但子代丧失该转基因。此结构有助于防止转基因从一代到下一代传播。
以下研究是结合本发明进行的，但非限制本发明范围。
隐性spl基因中的突变在筛选Arabidopsis thaliana生态型～landsberg erecta中基因阱品系期间被鉴别。发现这些突变导致植物中雄性和雌性不育性，从而推断SPL基因在植物生殖中起枢纽作用。spl纯合植物除老化延迟之外，呈现类似于野生型植物形态学的全部形态学。另外，发现SPL同源植物的花与野生植物具有同样数目的器官，除了spl纯合植物的花包括白色扁平花药并在13-14朵花期间没有可观测到的花粉粒。参见D.R.Smyth,J.H.Bowan,E.M.Meyerowitz,1990,植物细胞2,755。这些spl纯合植物的心皮也呈现相同形态学结构，尽管当用野生型花粉粒授粉时是不育的。
用全样载片透明和切片技术进行的细胞学研究表明在spl纯合植物的花药和心皮中性母细胞形成均受影响。spl纯合植物的研究还揭示在spl突变体花中，花药的下皮细胞在7朵花时期轻度扩大并分化成孢原细胞，如在野生型花中正常发生的一样。然后孢原细胞分化且有时平周***形成PPC层和PSC层。PPC层偶尔另外***产生二个结束***的二级周壁细胞。但是，靠近花药中心的细胞成为液泡状的，且未观测到小孢子母细胞和绒毡层的发育。另外，在13-14朵花时期，花药由高液泡状的薄壁组织细胞构成，且在某些情况下也存在一些管状细胞。
相比之下，上述研究结果不同于对野生拟南芥的研究，其中野生型发现呈现与双子叶植物典型呈现的小孢子生成相同。特别地，在未成熟的7朵花时期，在每个花药座中心的单个下皮细胞迅速膨胀并分化成孢原细胞，孢原细胞经过平周***产生内层初级孢子细胞(PSC)层和外层初级周壁细胞(PPC)层。PPC层随后平周***形成二个二级周壁细胞(SPC)层，内层SPC层分化成绒毡层。外层SPC层然后另外平周***形成两层位于外侧的称之为内皮的层及位于内侧的中层。这些层尽管对花粉粒成熟很重要，但来自PPC或称初级周壁细胞层的这些层在孢子生成中无一起直接作用。孢子形成自直接分化成小孢子母细胞(雄性性母细胞)的PSC层(初级孢原细胞层)细胞，在晚期8花时期也称为花粉母细胞(PMCs)。在9花时期，通过细胞壁上胼胝质的沉积，PMCs彼此分离，并随后减数***。参见Bowman,J,1994，拟南芥，形态学及发育图谱。同时，绒毡层成为可观测到的并由于核内有丝***而呈现双核。
从以上对spl突变体及野生型植物的对比研究推断spl突变体植物中小孢子生成在PSC层过渡到小孢子母细胞期间被阻断，导致缺少任何小孢子母细胞的表型。
在根据本发明对spl突变体的研究中还发现胚珠原基正常生成，顶部下皮细胞大小略增大。孢原细胞如在野生型植物中同样生成，但不能纵向延伸以发育为大孢子母细胞或雌性性母细胞。因而，spl突变体不能生成大孢子母细胞，结果珠心被抑制。然而，内层和外层珠被均如在野生型花中一样分化。从内层珠被的内层细胞也分化出内皮。在13花时期珠被发育稍后，被抑制的珠心的顶部表皮细胞延伸，并开始横向及有丝***，之后二个相邻表皮细胞也横向***。结果，珠心沿珠孔生长，在14花时期及之后在胚珠的纵向剖面上产生三层类指状结构。
spl突变在大孢子发生期间阻止孢原细胞过渡为大孢子母细胞，这是通过对全部苯胺蓝染色标本观测在不同花期心皮上胼胝质沉积缺乏而部分证明的。然而这不影响孢子体组织如珠被的发育，由此表明spl突变特别阻断植物中孢原细胞过渡到大孢子母细胞。
SPL基因产物因此呈现在雌性植物大孢子母细胞和雄性植物小孢子母细胞的生成中起始枢纽作用。遗传研究，包括用5’Ds序列作探针的Southern印迹分析，显示spl不育表型通过***单一Ds而产生。另外的反向实验证实spl突变基因由Ds因子标记。通过Ac转座酶基因切除此Ds因子恢复孢母生成及正常能育性。在这些试验中，分离10个完全能育的独立回复体植物。在每个实例中都确定SPL基因中的Ds因子经过精细切除，恢复野生型序列及功能。
用热不对称交错-PCR(TAIL PCR)技术，如Liu等，植物杂志8:457(1995)所述，检测侧翼于Ds因子的基因组序列。如图1A和1B(SEQ ID NO:2和3)所示，紧邻Ds因子3’和5’末端侧翼的片段被测序，并发现如所预期地包括Ds序列的3’和5’部分。上述PCR片段被用作探针以筛选来自Arobidopsis thaliana Landsberg erecta花的cDNA文库。分离SPL基因的cDNA克隆并测序。如图2(SEQ ID NO:1)所示，发现全长cDNA克隆长度为1302bp，并编码分子量为34kDa的314个氨基酸多肽，如图3(SEQ ID NO:4)所示。
或者，对蛋白质序列数据库检索揭示如图3(SEQ ID NO:4)所示的SPL蛋白质不与任何已知蛋白质同源，由此证实SPL蛋白质的新颖性。SPL蛋白质的三个短区域与已知蛋白质的氨基酸区部分同源。具体地，SPL蛋白质149～181位的33个氨基酸区域发现与一种有丝***抑制物酿酒酵母SWE1的氨基酸区域同源，相同性为45％。SPL蛋白质119～133位的另一15个氨基酸区发现与鼠3-羟异丁基脱氢酶前体同源，具有73％相同性。然而，上二个氨基酸区来自不相关的蛋白质且功能未知。
另外，在SPL蛋白质64～85位氨基酸中有一推断的螺旋区，其与称作MADS结构域的与DNA结合的蛋白质基序的第一个螺旋区有有限同源性。MADS结构域是在称作MADS盒因子的转录因子家族有限同源性。MADS结构域是在称作MADS盒因子的转录因子家族中发现的大约有57个氨基酸的高保守区(参见例如，Kramer等，遗传，149:765-783(1998))。SPL不具备整个MADS结构域，但示出与此结构域前18个氨基酸的良好保守性。SPL的64～80位氨基酸与各种物种的此类已知调节蛋白的MADS结构域的前18个氨基酸的对比示于图4(SEQ ID NO:5～14)。
如图4所示，所列的MADS盒转录因子是拟南芥的AP3,AG,AGL5,AGL11蛋白；Antirrhinum(金鱼草)的DEFA和GLO蛋白；Brassica oleracea的BOAP1；矮牵牛的FBP11；芽殖酵母的MCM1,RLM1,SMP1蛋白；及SRF和MEF2D人蛋白。
SPL的核定位及其与前述MADS结构域的部分同源性提示SPL可代表新一类转录调节蛋白。
用上述cDNA克隆作探针，对拟南芥的花，根，叶，茎与长角的polyA+RNA的Northern印迹分析只在从花中提取的RNA中显示一1.3kb条带，由此推测SPL基因在不同植物组织中不同地表达。用合成自SPL cDNA克隆的标记的反义RNA作探针的原位杂交，也证实SPL基因在花的造孢细胞中表达，这与该基因的生物学功能一致。
如图1A，1B(SEQ ID NO:2和3)和图2(SEQ ID NO:1)所示，基因组序列与拟南芥的eDNA序列相对比揭示Ds因子在SPL基因的411和412碱基间***。Ds因子的***导致宿主序列在***位点4bp重复。得自10个以上独立回复突变系的序列显示一完全切除及无足迹，由此表明包括紧邻***位点侧翼的氨基酸的区域对SPL基因功能的重要性。此结论是基于观测到spl突变的所有回复体都精确切除Ds因子而得出的。当Ds因子***基因时，典型的回复体中有一或二个氨基酸的小缺失，取代或***(Wessler,S.R.,科学242(4877):399-405(1988年10月21日)。从spl突变中未回收到这种回复体证明即使在***位点氨基酸序列的细微变化也导致SPL蛋白质功能的缺失。
Southern杂交分析示出SPL基因是单基因。使不是必需的，也在从孢原细胞过渡到植物雄性和雌性器官中性母细胞中起重要作用。如上所述，孢子发生是植物生殖的一关键步骤，因此植物控制孢子发生的能力也影响植物产生种子的能力。本文所述的对拟南芥的spl突变的遗传学研究显示SPL基因编码性母细胞形成中一种重要的蛋白质。用转座子标记分离并定性SPL基因。另外在中等严格水平下的Southern分析显示，在其它植物物种如玉米和水稻中的SPL同系物具有与SPL基因相同或相似功能。
如上所述，本发明提供的分离的DNA可用作探针以分离其它植物物种DNA序列，该序列与SPL基因同源并编码以与SPL基因编码的蛋白质相同或相似方式参与性母细胞形成的调节蛋白。如上所述，本发明中术语“同源性”及“同源的”指全部序列至少50％相同。其它植物SPL型基因(即SPL基因的同系物)的鉴别与分离可根据本领域已知的标准方法和步骤进行。例如参见Sambrook等，分子克隆实验手册，冷泉港实验室出版，冷泉港，NY(1989)。
用这些及其它类似技术，本领域技术人员能轻易地不仅从拟南芥的不同细胞和组织中分离SPL基因，还能从其它植物种中分离SPL基因的同系物。例如，其它植物物种中的SPL和SPL型基因可通过制备植物的基因组和/或cDNA文库，随后用图1A(SEQ ID NO:2)和图2(SEQ ID NO:1)所示序列或其同系物的全部或一部分探查一个或两个文库，鉴别杂交序列，并分离杂交的DNA以获得SPL或SPL型基因。
一旦鉴别，这些其它植物物种的SPL或SPL型基因可以限制作图，测序并克隆。
分离的SPL基因或其同系物也可改变后导入拟南芥或其它植物物种中，以调节并控制性母细胞形成以产生无籽果实和/或无花粉植物。例如，遗传工程化的SPL基因可掺入已为其它性状而育种的植物品系中以产生无籽果实。
性母细胞形成通过用SPL基因的反义结构或共抑制SPL基因降低SPL蛋白质的表达水平可被阻断。或者，通过将有义或反义SPL基因置于不同的可诱导启动子控制下，应用特异环境条件或应用的化合物，也可控制性母细胞形成。
“共抑制”指内源基因或导入的外源基因(转基因)的过表达，其中基因的额外拷贝导致内源基因和转基因均协同沉墨，由此降低或消除某一性状的表达。参见美国专利5,034,323和5,283,184。转基因可以有义或反义方向导入，且不需要全长序列或与待阻抑的内源序列绝对同源。
另外，SPL蛋白质的显性阴性突变体可通过用SPL基因截短的变体构建，该截短的变体能与其配偶体相互作用，但不能执行其生物学活性。参见Wilkinson,J.Q.等，自然生物技术学15(5):444-447(1997)。如果此截短的基因在强启动子的控制下导入植物体，转基因植物将降低或丧失其结种的能力。因而，截短的显性阴性SPL基因可作为反义SPL基因的取代物。当工程化无核或无花粉植物时，显性阴性的SPL基因途径相比于反义构建体也具有优势，如反义策略依赖于从每种植物中开始克隆部分或全部SPL基因，随后反向表达基因。反义抑制也依赖于互补核苷酸序列的表达，其在各物种之间有变化。相反，显性阴性策略只依赖于蛋白质及其靶位点的功能保守，其整体上比核苷酸序列保守所要求的严格性低。Lloyd,A.M.等(1992)，科学258:1773-1775；Irish,V.F.和Yamamoto,Y.T.(1995)，植物细胞7:1635-1644描述了一些当在趋异性很大的植物物种中表达时能进行相似功能的调节蛋白的实例。这种类型的功能保守提示拟南芥SPL基因的显性阴性变体在其它植物物种中也能相似地起作用。
以下实施例阐述了本发明的特殊方面，举例说明及阐述了分离SPL基因的方法。实施例不以任何方式限制本发明。
本申请中所引证的文献，包括那些物质及方法，在此并入参考。
实施例1.转座子标记
植物在22℃在分子生物农业学院(1 Research Link,Singapore)的温室中16小时光照/8小时黑暗周期下生长。将含有Ds或Ac区段的起始品系杂交并筛选F2种子的转座物(transposant),如Sundaresan。V．等，1995，基因与发育，9“1797-1810。从收集的转座物中通过其雄性和雌性不育表型鉴别spl突变基因。用本领域已知技术进行遗传学分析。示出spl突变基因是隐性的并由单-Ds***产生。spl突变基因的表型由标准细胞学方法，如McCully,M.E.,1981，植物结构研究：原理及选择方法，Termarcarphi，墨尔本，及全样载片透明法如Herr,J.J.M.,1982，染色技术57:161-109所述进行鉴定。
实施例2 DNA分析
基本如Sambrook J.等，1989，分子克隆实验手册，冷泉港实验室出版，冷泉港实验室，纽约，所述进行DNA分析。
为进行Southern印迹分析，从花蕾中提取100～200ng拟南芥DNA，并用EcoRⅠ,Hind Ⅲ或XbaⅠ酶切及在1％琼脂糖凝胶上电泳，之后转移至尼龙膜上。Ds探针，一种基因阱构建体5’末端的EcoRⅠ片段，DsG(见V.Sundaresan等，基因与发育9:1797-1810(1995))，通过用EcoRⅠ酶切含有部分Ds因子的质粒pWS31，并经电泳分离所得片段而制备。从凝胶中切下1.8kb的5’Ds因子的EcoRⅠ片段，使用购自Amersham的Rediprime试剂盒用32P-dCTP标记，标记的片段用于在标准DNA杂交条件下探查Southern印迹。
为分离紧邻Ds因子侧翼的DNA，大约10ng花蕾DNA用于TAILPCR(Liu等，1995，植物杂志8,457)，经凝胶电泳分离扩增的片段并测序。PCR片段用32P-dCTP标记并用于筛选花cDNA文库。纯化文库中与PCR片段杂交的噬菌体，并根据标准方法体外切割质粒DNA。***片段的大小通过用限制性内切酶EcoRⅠ和KpnⅠ酶切质粒而测定，这二种酶均购自Stratagene。
实施例3 RNA分析
用图2(SEQ ID NO:1)的cDNA克隆的1kb的Hind Ⅲ片段作探针，进行各种拟南芥组织polyA+RNA的Northern印迹分析。用标准方法从不同组织中提取RNA，每个样本的10μg polyA+RNA在1％琼脂糖凝胶上电泳并移至尼龙膜上。该膜然后用32P-dCTP标记的探针杂交。
实施例4 SPL基因的测序
图2(SEQ ID NO:1)的SPL cDNA克隆用荧光标记的终止子双脱氧法测序。与含有SPL cDNA的质粒载体杂交的T3和T7寡核苷酸引物，用于从克隆末端产生初始序列。然后设计基于以上序列的SPL基因内的其它引物，并用于对SPL基因的中心区测序。从每个引物可阅读克隆的大约600～700bp。
实施例5 SPL mRNA的原位定位
花蕾用FAA在4℃固定20小时，用乙醇脱水并用二甲苯制成半透明的。将组织包埋在透明质中，并制成7～10μm薄片。然后用二甲苯将此薄片脱石蜡并原位杂交。为得到有义RNA探针，含有SPLcDNA的质粒用KpnⅠ线性化，并在存在DIG-UTP的情况下用T3 RNA聚合酶转录。为得到反义RNA探针，将质粒用BamHⅠ酶切，并在存在DIG-UTP时用T7 RNA聚合酶转录。探针的长度用碱处理而缩短至长度大约为150bp的片段。依据标准方案进行杂交，参见Jackson,D.,1991，植物中原位杂交，植物病理学实验指导，牛津大学出版。
实施例6测定SPL蛋白质是核蛋白
现已确定SPL蛋白是核蛋白。SPL蛋白与GUS受体基因的翻译融合体(Jefferson,R.A,自然342(6251):837-8(1989.12))用于此目的。测定核定位的方法先前已对其它蛋白质进行阐述(例如，Pepper等，细胞78(1):109-116(1994))。
二个引物，SPL-Xba-S:5’CTAGTCTAGTCTAGAAGATCATCA3’(SEQ ID NO:16)和SPL-Bam H1-T:5’CGGATCCAAGCTTCAAGGACAAATCAATGGT3’(SEQ ID NO:17)，其分别在紧邻于SPL起始密码子和SPL终止密码子上游导入限制性酶位点，用于从cDNA中扩增完整SPL编码序列。此扩增的片段克隆在pBI221载体(Clontech)中GUS基因的前面，得到pBI221-SPL克隆，其编码SPL-GUS融合体。pBI221-SPL中的基因融合体由35S启动子驱动，并将导致在植物细胞中合成由N末端的完整SPL蛋白和C末端的GUS蛋白组成的融合蛋白。
pBI221-SPL质粒DNA用BioRad PDS-1000/He颗粒轰击***导入葱属植物表皮细胞中。样本在室温保持过夜并用X-Gluc染色，X-Gluc是一种检测GUS活性的组织化学染色剂(Jefferson,R.A.,自然14:342(6251):837-8(1989.12)。发现SPL-GUS融合蛋白仅在核中定位，而在相同实验中未融合的对照GUS蛋白质在细胞质中定位。此试验表明SPL是核蛋白，这与其作为孢母细胞发育所需的调节蛋白的预期功能相一致。
实施例7 SPL基因的启动子
SPL基因起始密码子上游的2690个核苷酸的DNA片段融合入称为pZIP111(Hajdukiewicz,P.等，植物分子生物学25:989-994(1994))的二元T-DNA载体中的无启动子的GUS基因中以转化植物。SPL启动子-GUS共构建体通过真空渗入导入Landsberg植物中，并通过标准方法选择转化的植物(例如，Bechtold,N.,和Pelletier,G.,分子生物学方法82:259-266(1998))。组织化学染色法用于监测GUS报道基因的表达(Jefferson,RA.,自然342(6251):837-8(1989.12))。转基因植物显示在大孢子母细胞和小孢子母细胞中GUS报道基因的表达。通过SPL RNA的原位定位测定(参见实施例5)观测到GUS表达的模式类似于SPL基因的表达模式。此试验示出SPL起始密码子上游的2690碱基对DNA含有SPL启动子区，且此DNA序列足以赋予异源转基因如GUS基因以SPL基因的表达特异性(即孢母细胞中的表达)。
本发明通过一些优选的实施方案已详加阐述，但应理解的是在所述权利要求的范围内可加以修改和变化。

Claims (53)

1、一种分离的核酸或其互补序列，其包含编码SEQ ID NO:4的蛋白质的核酸。
2、根据权利要求1的分离的核酸或其互补序列，其中所述核酸包含SEQ ID NO:1所示核酸。
3、根据权利要求2的分离的核酸或其互补序列，其中所述核酸包含SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸所示核酸。
4、一种编码参与植物性母细胞形成的蛋白质的分离的核酸或其互补序列，其中所述核酸包括植物中天然存在的DNA，或所述天然存在的DNA的简并DNA，该核酸在中等严格条件下与(a)SEQ IDNO:2或SEQ ID NO:3或其部分，或(b)SEQ ID NO:1或其部分的DNA杂交，其中天然存在的DNA与(a)或(b)的DNA具有至少大约70％的相同性，且其中所述天然存在的DNA编码所述蛋白质。
5、权利要求4的分离的核酸或其互补序列，其与(a)SEQ IDNO:1的81～1024位核苷酸或其部分，或(b)编码与(a)编码的相同的氨基酸序列，但对一些氨基酸采用不同密码子的(a)的变体具有至少大约70％的相同性。
6、一种编码参与植物性母细胞形成的蛋白质的分离的核酸，其中所述蛋白质包含：
(a)如SEQ ID NO:4所示的相同的氨基酸序列，或
(b)与SEQ ID NO:4所示氨基酸序列具有至少80％同源性，且参与植物性母细胞形成的氨基酸序列。
7、根据权利要求1-6任一项的分离的核酸，其中所述核酸被突变以阻断、降低或提高植物性母细胞形成。
8、根据权利要求7的分离的核酸，其中所述核酸通过***一或多个遗传因子而突变。
9、根据权利要求8的分离的核酸，其中所述遗传因子包括Ds序列。
10、一种植物性母细胞形成所需的蛋白质，其中所述蛋白质包括：
(a)如SEQ ID NO:4所示的相同的氨基酸序列，或
(b)与SEQ ID NO:4所示氨基酸序列具有至少80％同源性，且参与植物性母细胞形成的氨基酸序列。
11、一种识别并与权利要求10的蛋白质结合的抗体。
12、一种包含权利要求10任一氨基酸序列的融合蛋白质。
13、一种用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物，该核酸序列包含编码SEQ ID NO:4的蛋白质的核酸。
14、权利要求13的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1所示核酸。
15、权利要求14的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸所示的核酸序列。
16、根据权利要求13、14或15的植物，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高所述植物中性母细胞形成。
17、一种用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物种子，该核酸序列包含编码SEQ ID NO:4的蛋白质的核酸。
18、权利要求17的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物种子，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1所示核酸。
19、权利要求18的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物种子，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸所示的核酸序列。
20、根据权利要求17、18或19的植物种子，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高植物性母细胞形成。
21、一种用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物细胞，该核酸序列包含编码SEQ ID NO:4的蛋白质的核酸。
22、权利要求21的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物细胞，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1所示核酸。
23、权利要求22的用分离的核酸序列或其互补序列转化的植物，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸所示的核酸序列。
24、根据权利要求21、22或23的植物细胞，其中所述核酸被突变阻断，降低或提高植物性母细胞形成。
25、一种生产能结基本上无籽果实或基本上无花粉花的转基因植物的方法，包括用包含编码SEQ ID NO:4的蛋白质的核酸的核酸或其互补序列转化植物。
26、权利要求25的生产能结基本上无籽果实或基本上无花粉花的转基因植物的方法，包括用核酸序列或其互补序列转化植物，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1所示核酸序列。
27、权利要求26的生产能结基本上无籽果实或基本上无花粉花的转基因植物的方法，包括用核酸序列或其互补序列转化植物，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸所示核酸序列。
28、根据权利要求25、26或27的方法，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高植物性母细胞形成，从而使所述植物能结所述无籽果实或无花粉花。
29、根据权利要求28的方法，其中所述核酸是权利要求27的核酸。
30、根据权利要求28的方法，其中所述核酸通过***一或多个遗传因子而被突变。
31、根据权利要求30的方法，其中所述遗传因子包括Ds序列。
32、一种生产植物的基本上无籽果实或基本上无花粉花的方法，包括在所述植物中表达包含编码SEQ ID NO:4蛋白质的核酸序列的分离的核酸序列或其互补序列，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高性母细胞形成，从而在所述植物中产生所述无籽果实或无花粉花。
33、权利要求32的生产植物的基本上无籽果实或基本上无花粉花的方法，包括在所述植物中表达分离的核酸序列或其互补序列，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1所示核酸序列，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高性母细胞形成，从而在所述植物中产生所述无籽果实或无花粉花。
34、权利要求33的生产植物的基本上无籽果实或基本上无花粉花的方法，包括在所述植物中表达分离的核酸序列或其互补序列，其中所述核酸序列包含SEQ ID NO:1和81～1024位核苷酸所示核酸序列，其中所述核酸被突变以阻断，降低或提高性母细胞形成，从而在所述植物中产生所述无籽果实或无花粉花。
35、根据权利要求32、33或34的方法，其中所述核酸通过***一或多个遗传因子而被突变。
36、根据权利要求35的方法，其中所述遗传因子包括Ds序列。
37、一种用作杂交探针的分离的核酸或其互补序列，其中所述核酸包括具有SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:1所示核苷酸序列或其部分的核酸。
38、一种生产能结基本上无籽果实或基本上无花粉花的植物的方法，包括突变所述植物的负责性母细胞形成的内源DNA，其中所述性母细胞形成被阻断，降低或提高，且所述植物能产生无籽果实或无花粉花。
39、根据权利要求38的方法，其中所述内源DNA通过直接诱变而被突变。
40、一种分离的核酸或其互补序列，包括编码阻断，降低或提高植物性母细胞形成的突变SPL多肽的核酸。
41、一种分离的DNA或其互补序列，包括具有SEQ ID NO:1的81～1024位碱基的至少8个连续核苷酸的DNA。
42、根据权利要求41的分离的DNA，其中所述的DNA具有SEQID NO:1的81～1024位碱基的至少15个连续核苷酸。
43、一种分离的DNA或其互补序列，其中所述分离的DNA由SEQ ID NO:1的81～1024位核苷酸序列的8或更多个连续苷酸组成。
44、根据权利要求43的分离的DNA，其中所述DNA由SEQ IDNO:1的81～1024位核苷酸序列的15或更多个连续核苷酸组成。
45、一种分离的核酸序列，包含SEQ ID NO:15的-2690～-1位核苷酸所示核酸序列，或与所述序列杂交并启动与所述核苷酸序列可操纵连接的编码序列的表达的核苷酸序列。
46、一种能调节与其可操纵连接的基因的表达的分离的核苷酸序列或其功能片段，所述序列包含位于SEQ ID NO:15所示核苷酸序列-2690～-1位核苷酸内的核苷酸序列，或与所述序列杂交并启动与其可操纵连接的基因的表达的核苷酸序列。
47、一种在细胞中指导外源或内源基因表达的分离的DNA片段，所述片段包含与外源或内源基因的ATG超始密码子可操纵连接的SEQ ID NO:15的-2690～-1位核苷酸所示序列。
48、根据权利要求45或46的分离的核苷酸序列，可操纵地与外源或内源功能基因连接。
49、一种调节基因表达的方法，包括提供与SPL基因启动子可操纵连接的相应基因，将所述可操纵连接的基因转移进细胞，并在基因表达条件下表达所述基因，其中所述SPL基因启动子包含位于SEQ IDNO:15所示核苷酸序列的-2690～-1位核苷酸内的核苷酸序列，或与所述序列杂交并启动与其可操纵连接的基因的表达的核苷酸序列。
50、根据权利要求49的方法，其中所述细胞是植物的生殖细胞。
51、根据权利要求50的方法，其中所述生殖细胞是孢母细胞。
52、根据权利要求50的方法，其中所述基因编码核糖核酸酶，转座酶或重组酶。
53、一种植物，包含用可操纵连接于权利要求45或46所示核苷酸序列并在其控制下的外源基因转化的细胞。
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