DE112009002213T5 - Transgene Pflanzen mit erhöhtem Ertrag - Google Patents

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Abstract

Transgene Pflanze, die mit einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter codiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid codiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein psaF-Untereinheit-III-Polypeptid des Reaktionszentrums des Photosystems I, mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86 und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88, codiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze verglichen mit einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung genießt das Prioritätsrecht der am 19. November 2008 eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung mit der Reihennummer 61/115,947, der am 23. Oktober 2008 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Reihennummer 61/107,739 und der am 23. September 2008 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Reihennummer 61/099,224, die jeweils hiermit voll inhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein transgene Pflanzen, die isolierte Polynukleotide, die für Polypeptide kodieren, in bestimmten Pflanzengeweben und -organellen überexprimieren, wodurch der Ertrag dieser Pflanzen verbessert wird.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren haben Bevölkerungszunahme und Klimawandel die Möglichkeit einer weltweiten Nahrungsmittel-, Futter- und Brennstoffknappheit drastisch vor Augen geführt. Zu einem Zeitpunkt, wo die Niederschlagsmenge in vielen Teilen der Erde rückgängig ist, entfällt auf die Landwirtschaft 70% des von Menschen verwendeten Wassers. Außerdem werden weniger Hektar Ackerland für den Anbau von Feldfrüchten verfügbar, da sich die Flächennutzung von landwirtschaftlichen Betrieben auf Städte und Vorstädte verlagert. In der Agrarbiotechnologie hat man versucht, den zunehmenden Bedarf der Menschheit durch genetische Modifikationen von Pflanzen zu decken, wodurch der Kulturpflanzenertrag erhöht werden könnte, zum Beispiel dadurch, dass eine bessere Toleranz gegenüber abiotischen Stressreaktionen vermittelt wird oder dass die Biomasse erhöht wird.
  • Im vorliegenden Zusammenhang wird der Kulturpflanzenertrag als Anzahl Bushel des entsprechenden Agrarprodukts (wie Körner, Futterpflanzen oder Samen), die pro Acre geerntet werden, definiert. Der Kulturpflanzenertrag wird durch abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit, Hitze, Salinität und Kältestress sowie durch die Größe (Biomasse) der Pflanze beeinflusst. Traditionelle Pflanzenzüchtungsstrategien sind relativ langsam und waren im Allgemeinen nicht erfolgreich, um eine erhöhte Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren zu vermitteln. Die durch die traditionelle Züchtung erzielten Verbesserungen beim Kornertrag haben beim Mais beinahe ein Plateau erreicht. Der Harvest Index, d. h. das Verhältnis zwischen Ertragsbiomasse zu der gesamten kumulativen Biomasse zum Erntezeitpunkt ist beim Mais während der selektiven Züchtung auf Kornertrag über die letzten hundert Jahre im Wesentlichen unverändert geblieben. Dementsprechend ergeben sich die jüngsten Ertragsverbesserungen, die beim Mais erzielt werden, aus einer erhöhten Gesamtbiomasseproduktion pro Kulturflächeneinheit. Diese erhöhte Gesamtbiomasse wurde durch Erhöhung der Saatstärke erzielt, was zu adaptiven phänotypischen Veränderungen, wie Verkleinerung des Blattwinkels, was die Beschattung der unteren verringern kann, und der Fahnengröße, was den Harvest Index erhöhen kann, geführt hat.
  • Wenn das Bodenwasser zurückgeht oder wenn Wasser während Trockenperioden nicht verfügbar ist, sind die Kulturpflanzenerträge eingeschränkt. Ein Pflanzenwasserdefizit entsteht dann, wenn die Transpiration von den Blättern größer ist als die Versorgung mit Wasser von den Wurzeln. Die Menge an Wasser, die verfügbar ist, steht in Relation zu der Menge an Wasser, die im Boden vorhanden ist, und der Fähigkeit der Pflanze, dieses Wasser mit ihrem Wurzelsystem zu erreichen. Die Transpiration von Wasser von den Blättern steht mit der Fixierung von Kohlenstoffdioxid durch die Photosynthese über die Stomata in Verbindung. Die beiden Vorgänge sind positiv korreliert, sodass ein hoher Kohlendioxid-Influx über die Photosynthese eng mit Wasserverlust durch Transpiration in Verbindung steht. Wenn Wasser vom Blatt durch Transpiration abgegeben wird, so ist das Blattwasserpotential erniedrigt und die Stomata neigen dazu, sich hydraulisch zu schließen, und schränken so die Photosyntheserate ein. Da der Kulturpflanzenertrag von der Fixierung von Kohlendioxid in der Photosynthese abhängig ist, sind die Wasseraufnahme und die Transpiration Faktoren, die zum Kulturpflanzenertrag beitragen. Pflanzen, die fähig sind, weniger Wasser zu verbrauchen, um dieselbe Menge an Kohlendioxid zu fixieren, oder die fähig sind, bei einem niedrigeren Wasserpotential normal zu funktionieren, weisen das Potential für eine höhere Photosyntheserate und daher für die Produktion von mehr Biomasse und Marktwert in vielen Agrarsystemen auf.
  • Beim Versuch, transgene Pflanzen mit erhöhtem Ertrag, entweder durch erhöhte abiotische Stresstoleranz oder durch erhöhte Biomasse, zu entwickeln, haben die Agrarbiotechnologen Tests an Modellpflanzensystemen, Gewächshausstudien von Kulturpflanzen und Feldversuche durchgeführt. So ist zum Beispiel die Wassernutzungseffizienz (WUE) ein Parameter, der häufig mit Trockenheitstoleranz korreliert ist. Untersuchungen der Reaktion einer Pflanze auf Austrocknung, osmotischen Schock und Temperaturextreme werden auch dazu verwendet, um die Toleranz oder Resistenz der Pflanze gegen abiotische Stressfaktoren zu bestimmen.
  • Eine Erhöhung der Biomasse bei niedriger Wasserverfügbarkeit kann aufgrund einer relativ verbesserten Wachstumseffizienz oder einem erniedrigten Wasserverbrauch beruhen. Beim Selektieren von Merkmalen für die Verbesserung von Kulturpflanzen wäre eine verringerte Wassernutzung ohne damit einhergehende Wachstumsveränderung in einem Agrarsystem mit Bewässerung, wo die Betriebsmittelkosten für das Wasser hoch sind, besonders günstig. Eine Wachstumserhöhung ohne damit einhergehendes starkes Ansteigen bei der Wassernutzung wäre auf alle Agrarsysteme anwendbar. In vielen Agrarsystemen, in denen die Wasserversorgung nicht limitierend ist, erhöht eine Wachstumserhöhung ebenfalls den Ertrag, selbst wenn dies auf Kosten einer erhöhten Wassernutzung ginge.
  • Die Agrarbiotechnologen verwenden auch Messungen von anderen Parametern, die die mögliche Auswirkung eines Transgens auf den Kulturpflanzenertrag angeben. Bei Futterkulturen wie Luzerne, Silomais und Heu korreliert die Pflanzenbiomasse mit dem Gesamtertrag. Bei Kornfrüchten wurden jedoch andere Parameter eingesetzt, um den Ertrag zu schätzen, wie zum Beispiel die Pflanzengröße, die über Gesamtpflanzentrockengewicht, Trockengewicht der oberirdischen Pflanzenteile, Frischgewicht der oberirdischen Pflanzenteile, Blattfläche, Stängelvolumen, Pflanzenhöhe, Rosettendurchmesser, Blattlänge, Wurzellänge, Wurzelmasse, Anzahl der Bestockungstriebe und Anzahl Blätter bestimmt wird. Die Pflanzengröße in einem frühen Entwicklungsstadium wird typischerweise mit der Pflanzengröße in einem späteren Entwicklungsstadium korrelieren. Eine größere Pflanze mit einer größeren Blattfläche kann typischerweise mehr Licht und Kohlendioxid als eine kleinere Pflanze absorbieren, und es ist daher wahrscheinlich, dass sie über denselben Zeitraum mehr an Gewicht zunimmt. Bei der Pflanzengröße und der Wachstumsrate besteht eine starke genetische Komponente, und die Pflanzengröße unter ein und derselben Umweltbedingung wird für eine Reihe von verschiedenen Genotypen vermutlich mit der Größe unter einer anderen Umweltbedingung korrelieren. Auf diese Weise verwendet man eine Standardumwelt, um die verschiedenen und dynamischen Umwelten, die von den Kulturpflanzen im Feld an verschiedenen Standorten und zu verschiedenen Zeiten angetroffen werden, ungefähr wiederzugeben.
  • Der Harvest Index ist unter vielen Umweltbedingungen relativ stabil und ermöglicht so eine robuste Korrelation zwischen Pflanzengröße und Kornertrag. Pflanzengröße und Kornertrag sind intrinsisch miteinander verbunden, da der Großteil der Kornbiomasse von der gegenwärtigen oder gespeicherten Photosyntheseproduktivität der Blätter und des Stängels der Pflanze abhängt. Wie bei der abiotischen Stresstoleranz sind Messungen der Pflanzengröße während der frühen Entwicklung unter standardisierten Bedingungen in einer Wachstumskammer oder im Gewächshaus Standardmethoden, um mögliche Ertragsvorteile, die durch das Vorhandensein eines Transgens vermittelt werden, zu messen.
  • Ist die Wasserverfügbarkeit begrenzt, so hat dies häufig negative Auswirkungen auf die pflanzlichen Zellmembrantransporter. In extremen Fällen stört die Entfernung von Wasser aus der Membran die normale Doppelschichtstruktur und führt dazu, dass die Membran äußerst porös wird, wenn sie austrocknet. Unter mäßigeren Bedingungen kann Stress auf die Lipiddoppelschicht zu einer Verschiebung und zu Konfigurationsveränderungen der Membrantransporter führen, was die Effizienz des Molekültransports herabsetzt. Ein Wasserdefizit kann auch die Konzentration in der Zelle an gelösten Stoffen erhöhen, was wiederum die Konfiguration von Proteinen, darunter auch Transporterproteinen, beeinflusst.
  • Der Kulturpflanzenertrag hängt von der Gesundheit, dem Wachstum und der Entwicklung der Kulturpflanzen unter schwankenden Umweltbedingungen ab. Ein korrektes Targeting und die zeitgerechte Bereitstellung von mineralischen Nährstoffen und organischen Verbindungen sind für das pflanzliche Wachstum und die pflanzliche Entwicklung von höchster Bedeutung. Stressbedingungen wie Trockenheit können das normale Transportsystem in einer Pflanze stark stören. Gene, die den Molekültransport unter solchen Stressbedingungen stabilisieren, helfen dazu, dass das Gleichgewicht innerhalb der Pflanze aufrechterhalten bleibt.
  • Der regulierte Molekültransport erfordert für viele Vorgänge in den Pflanzen Energie. Ionen- und Protonengradienten durch Zellmembranen hindurch sind eine Form von gespeicherter Energie in einer Pflanzenzelle. Mit diesen Gradienten wird der Transport von anderen Molekülen durch die Membranen hindurch vorangetrieben. Ein Beispiel ist die Elektronentransportkette in den Mitochondrien, bei der die Reduktionsenergie von NADH dazu verwendet wird, um Protonen durch die innere Mitochondrienmembran hindurch zu bewegen, wodurch ein pH- und Ladungsgradient erzeugt wird. Ein weiteres Beispiel ist die Elektronentransportkette im Chloroplasten, die es der Fotosynthese ermöglicht, die Energie der Photonen zu nutzen, um einen Protonengradienten durch die Thylakoidmembran hindurch zu erzeugen und auch um Reduktionskraft in der Form von NADPH zu erzeugen. In beiden Fällen wird die Energie des Protonengradienten durch die Mitochondrien- oder Thylakoidmembran hindurch, auch protonenbewegende Kraft genannt, in chemische Energie in Form von ATP umgewandelt, und zwar durch membrangebundene ATPasen. Beim primären aktiven Transport die Energie von ATP über die Wirkung einer ATPase, die das endständige Phosphat von ATP unter Bildung von ADP abspaltet, direkt im Transportvorgang eingesetzt.
  • Bei den ATPasen handelt es sich um eine Klase von Enzymen, die den Abbau von ATP in ADP und ein freies Phosphation bzw. die umgekehrte Reaktion, bei der ATP erzeugt wird, katalysiert. Die Dephosphorylierung setzt Energie frei, mit der gelöste Stoffe durch die Membran hindurch bewegt werden. Transmembran-ATPasen schleusen viele der für den Zellmetabolismus erforderlichen Metabolite ein und schleusen Toxine, Abfallprodukte und gelöste Stoffe, die die Vorgänge in der Zelle behindern können, aus. Neben den Austauschern zählen zu anderen Kategorien der Transmembran-ATPase Cotransporter und Pumpen.
  • ATPasen können sich bezüglich der Funktion, Struktur und des Typs der Ionen, die sie transportieren, unterscheiden. Die F-ATPasen in den Mitochondrien, Chloroplasten und bakteriellen Plasmamembranen sind die wichtigsten ATP-Produzenten und nutzen den von der oxidativen Phosphorylierung in den Mitochondrien oder der Fotosynthese in den Chloroplasten erzeugten Protonengradienten. Die A-ATPasen finden sich in den Archaea und funktionieren wie die F-ATPasen. Die V-ATPasen finden sich in erster Linie in den Vakuolen der Eukaryonten und katalysieren die ATP-Hydrolyse, um gelöste Stoffe zu transportieren und den pH-Wert in den Organellen zu erniedrigen. Die V-ATPasen agieren ausschließlich als Protonenpumpen. Die von den V-ATPasen in den Organellen und Membranen von eukaryontischen Zellen erzeugte protonenbewegende Kraft wird dann als Treibkraft für zahlreiche sekundäre Transportvorgänge verwendet. Die P-ATPasen finden sich in Bakterien, Pilzen und in den Plasmamembranen und Organellen von Eukaryonten, und sie dienen dem Transport von verschiedenen unterschiedlichen Ionen durch die Membranen hindurch. Die E-ATPasen sind Zelloberflächenenzyme, die verschiedene NTPs, einschließlich extrazelluläres ATP, hydrolysieren.
  • Im Gegensatz zu dem primären aktiven Transport wird bei dem sekundären aktiven die Energie von einem zuvor durch die oben genannten Vorgänge erstellten Konzentrationsgradienten genutzt. Es gibt zwei Arten von sekundären aktiven Transportvorgängen, nämlich den Austauschtransport (Antiport) und den Cotransport (Symport). Der Transport von Aminosäuren und Zuckern findet über sekundäre aktive Transportmechanismen statt.
  • ABC(ATP-Bindungskassette)-Transporter sind membrandurchgreifende Proteine, die die Energie der ATP-Hydrolyse für den Transport von verschiedenen Substraten einschließlich Metaboliten, Lipiden und Sterolen sowie Arzneistoffen durch extra- und intrazelluläre Membranen hindurch nutzen. Bei den Bakterien pumpen die ABC-Transporter in erster Linie essentielle Verbindungen wie Zucker, Vitamine und Metallionen in die Zelle. Bei den Eukaryonten transportieren die ABC-Transporter in erster Linie Moleküle zur Außenseite der Plasmamembran oder in membrangebundene Organellen, wie das endoplasmatische Reticulum und die Mitochondrien.
  • Die Elektronentransportreaktionen sind für die wichtigsten Energiemetabolismusvorgänge in den pflanzlichen Mitochondrien (Atmung) und Chloroplasten (Fotosynthese) von grundlegender Bedeutung In beiden Organellen erzeugt der Transfer von Elektronen von einem Molekül an einer Seite einer Zellmembran auf ein anderes Molekül auf der entgegengesetzten Seite der Membran eine protonenbewegende Kraft durch die Membran hindurch. Obwohl die Elektronentransfervorgänge in den pflanzlichen Mitochondrien und Chloroplasten effizient sind, geht doch ein kleiner Prozentsatz der Elektronen an die teilweise Reduktion von Sauerstoff verloren, wodurch reaktionsfähige Sauerstoffspezies wie Superoxid gebildet werden. Die Bildung von Superoxid verschwendet nicht nur Zellenergie, sondern kann auch zu Oxidationsstress führen, der aufgrund von Schädigung der Membranlipide, der Proteine und der DNA den Abbau der Zellfunktionen fördert. Außerdem besteht die Möglichkeit des Energietransfers von einem aktivierten Chlorophyllmolekül im Lichtsammelkomplex an molekularem Triplettsauerstoff unter Bildung von Singulettsauerstoff, bei dem es sich um eine weitere Vorstufe von reaktionsfähigen Sauerstoffmolekülen handelt. Die Tendenz, dass das Fotosystem und der Lichtsammelkomplex Sauerstoff aktivieren, ist während Stressperioden aufgrund der Blockierung des normalen Stoffwechselwegs, die Substratmengen über kritische Schwellenwerte hinaus erhöht oder verringert, erhöht.
  • Die Atmung in den pflanzlichen Mitochondrien überträgt biochemische Energie von den Nährstoffen über eine Reihe von katabolischen Oxidations-Reduktions-Reaktionen auf Adenosintriphosphat (ATP). Als Substrate für den Transfer von Elektronen an den Sauerstoff dienen typischerweise Zucker, jedoch auch Aminosäuren und Fettsäuren, wobei die freigesetzte Energie für die Synthese von ATP verwendet wird. Die Gesamtreaktion für Zucker kann vereinfacht als C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O dargestellt werden, wobei Δ Hc –2880 kJ beträgt. In den pflanzlichen Mitochondrien setzen die Reaktionen des Krebs-Zyklus Elektronen frei, die für die Reduktion von NAD zu NADH verwendet werden. Die Redoxenergie des NADH wird über eine Elektronentransportkette auf Sauerstoff übertragen. Dieser Elektronentransfer an den Proteinkomplexen der inneren Membran setzt Energie frei, die einen Protonengradienten durch die Membran hindurch erzeugt. Die entstandene protonenbewegende Kraft durch die Mitochondrienmembran hindurch wird für die Synthese von ATP verwendet. Die im ATP gespeicherte Energie wird in verschiedenen Vorgängen der Zelle, bei denen Energie erforderlich ist, eingesetzt, darunter Biosynthese und Transport von Molekülen durch die Zellmembranen hindurch.
  • Die Fotosynthese ist ein komplexer Vorgang, mit dem Pflanzen und gewisse Arten von Bakterien Glukose und Sauerstoff aus Kohlendioxid (CO2) und Wasser produzieren, und zwar unter Verwendung von Sonnenlichtenergie. Die chemische Gesamtreaktion kann vereinfacht als 6CO2 + 6H2O (+ Lichtenergie) → C6H12O6 + 6O2 ausgedrückt werden. Die zahlreichen Reaktionen, die während der Fotosynthese vorkommen, werden üblicherweise in zwei Stufen eingeteilt, nämlich die „Lichtreaktionen” des Elektronen- und Protonentransfers innerhalb und durch die fotosynthetischen Membranen hindurch, und die „dunklen Reaktionen”, die die Biosynthese von Kohlenhydraten aus CO2 beinhalten. Die höheren Pflanzen fangen Lichtenergie mit zwei aus mehreren Untereinheiten bestehenden Fotosystemen (I und II), die sich in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten befinden, ein. Dieser Elektronentransfer erzeugt einen Protonengradienten durch die erzeugte Thylakoidmembran hindurch, der für die Synthese von ATP verwendet wird. Die Lichtreaktionen in der Fotosynthese erzeugen sowohl ATP als auch NADPH, und diese werden anschließend in biochemischen Reaktionen, in denen Zucker, Aminosäuren und sonstige Zellkomponenten erzeugt werden, verwendet.
  • Bei dem Fotosystem I (PS-I) handelt es sich um einen Komplex mit mehreren Untereinheiten, in dem Lichtenergie verwendet wird, um den Transport des Elektrons, das von dem Fotosystem II (PSII) abgegeben wird, durch die Thylakoidmembran hindurch voranzutreiben, um NADP zu NADPH zu reduzieren. Das PS-I katalysiert den lichtgetriebenen Elektronentransfer von Plastocyanin, das sich an der Lumenseite der Thylakoide befindet, zu Ferredoxin, das sich auf der Stromaseite der Membran befindet. Der PS-I-Komplex weist in seiner Mitte das PsaA/PsaB-Heterodimer auf, das den primären Elektronendonator – ein Chlorophylldimer mit der Bezeichnung P700 – und die Elektronenakzeptoren A0, A1 und FX/A/B enthält. Der Rest des Komplexes besteht aus verschiedenen kleineren Proteinuntereinheiten. Manche dieser Untereinheiten dienen als Bindungsstellen für die löslichen Elektronenträger Plastocyanin und Ferredoxin, während die Funktionen von manchen anderen Proteinen noch nicht völlig geklärt sind. Ein großes Antennensystem von ungefähr 90 Chlorophyllen und 22 Carotinoiden fängt Licht ein und überträgt die Anregungsenergie auf das Zentrum. P700 wird mit den vom PS-II abgegebenen Elektronen erneut reduziert, und zwar durch das Plastocyanin. Bei PsaF handelt es sich um ein Plastocyanin-Andockungsprotein im PS-I, das die Bindung von Plastocyanin oder Cytochrom c, den mobilen Elektronenträgern, die für die Reduktion des oxidierten Donators P700 verantwortlich sind, erleichtert. Die US-Patentanmeldungsschrift 2008/0148432 beschreibt die Verwendung eines PS-I-PsaF-Gens zur Verbesserung von agronomischen Merkmalen in transgenen Pflanzen.
  • Das PS-II, ebenfalls ein Protein-Pigment-Komplex mit mehreren Untereinheiten, der Polypeptide, die für die photosynthetische Membran sowohl intrinsisch als auch extrinsisch sind, enthält, verwendet Lichtenergie für die Oxidation von Wasser. Das PS-II weist ein P680-Reaktionszentrum auf, das Chlorophyll a enthält. Im Kern des Komplexes sind die Chlorophyll- und beta-Carotinpigmente in erster Linie an die Proteine CP43 (PsbC) und CP47 (PsbB) gebunden, die die Anregungsenergie an die Reaktionszentrumproteine D1 (Qb, PsbA) und D2 (Qa, PsbD) weitergeben, die alle am Energieumwandlungsvorgang beteiligten redoxaktiven Kofaktoren binden. Der sauerstoffevolvierende Komplex (OEC) des PS-II oxidiert Wasser, um Protonen für die Nutzung durch das PS-I bereitzustellen, und besteht aus OEE1 (PsbO), OEE2 (PsbP) und OEE3 (PsbQ). Die verbleibenden Untereinheiten im PS-II sind niedermolekulare (weniger als 10 kDa) und sind an der Assemblierung, Stabilisierung, Demonisierung und Lichtschutz des PS-II beteiligt. Das PsbW ist ein Bestandteil dieses niedermolekularen Transmembranproteinkomplexes, wo es eine Untereinheit des sauerstoffevolvierenden Komplexes darstellt. Es scheint, dass PsbW mehrere Rollen ausübt, darunter die Steuerung der PS-II-Biogenese und -Assemblierung, die Stabilisierung des dimeren PS-II und die Ermöglichung der PS-II-Reparatur nach Lichtinhibierung. In der US-Patentanmeldungsschrift 2007/0067865 wird eine transformierte Pflanze mit einem Nukleinsäuremolekül umfassend eine Strukturnukleinsäure, bei der es sich um ein PsbW-Gen handeln kann, beschrieben.
  • Gelegentlich werden Elektronen von den Fotosystemen auf molekularen Sauerstoff übertragen, wobei Superoxid gebildet wird, eine Vorstufe von stärker reaktionsfähigem Sauerstoffzwischenprodukten. Einer der Schlüsselpunkte solch einer Übertragung ist bei dem Ferredoxin. Die Ferredoxine sind ubiquitäre [2Fe-2S]-Proteine, die an vielen Elektronenübertragungswegen in Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen beteiligt sind. Das Ferredoxin (PetF) ist ein Elektronenträgerprotein in der PS-I-Elektronentransportkette. In dieser Kette transportiert das Ferredoxin das Elektron vom PS-I auf die Ferredoxin-NADP-Oxidoreduktase, die den Elektronentransfer vom Fd auf das NADP+ katalysiert, wodurch NADPH entsteht. Außerdem werden Reduktionsäquivalente des Ferredoxins für die Assimilierung von Stickstoff und Schwefel sowie für den Aminosäure- und Fettsäuremetabolismus verwendet. Ferredoxin stellt auch Reduktionsäquivalente für die Aktivierung von Chloroplastenenzymen durch Thioredoxin bereit. Man ist der Meinung, dass hohe Ferredoxinspiegel kritisch für das Überleben der Pflanze in suboptimalen Umwelten ist. In höheren Pflanzen wird Ferredoxin von einer kleinen Genfamilie kodiert, deren Expression gewebespezifisch und umweltreguliert ist. Die Gene, die für das Ferredoxinprotein kodieren, werden durch Eisenmangel; Oxidationsstress und verschiedene Umweltstresse, darunter Trockenheit, Kalte, Salinität und Ultraviolettlicht herunterreguliert. Die Menge der Ferredoxin-mRNA wird auf posttranskriptionellem Niveau redoxreguliert, und Strategien für die Verbesserung der Stresstoleranz in Kulturpflanzen mit Transgen-Ansätzen zur Erhöhung der Expression der pflanzlichen Ferredoxingene sind daher nicht erfolgreich gewesen. Die Mitochondrien enthalten ebenfalls Ferredoxinproteine, die an Elektronentransferreaktionen teilnehmen.
  • Flavodoxin weist in Cyanobakterien und Algen ein ähnliches Redoxpotential und ähnliche Funktionen wie Ferredoxin auf, das Gen findet sich jedoch in keinem pflanzlichen Genom. Flavodoxin soll an der Entwicklung von Stresstoleranz in Cyanobakterien und Algen beteiligt sein. US-Patent Nr. 6,781,034 beschreibt, dass die Expression eines Flavodoxingens aus Anabaena in Tabak zu transgenen Pflanzen mit einer erhöhten Toleranz gegenüber Trockenheit, hohen Lichtintensitäten, Hitze, Kälte, UV-Strahlung und dem Herbizid Paraquat geführt hat.
  • Chlorophyll ist ein Hauptbestandteil des Lichtsammelkomplexes, der die Fotosysteme I und II umgibt. Es ist strukturell den anderen Porphyrinfarbstoffen, wie Häm, ähnlich und wird über denselben Stoffwechselweg produziert. Im Zentrum des Rings befindet sich ein Magnesiumion, an das verschiedene Seitenketten gebunden sind, darunter üblicherweise eine lange Phytolkette. Die Cobalamine sind Komplexe kleiner Moleküle, die ausschließlich von Mikroorganismen produziert werden, und zwar auf einem Biosyntheseweg, dessen erste Stufen mit dem Biosyntheseweg des Chlorophylls geteilt werden. Sowohl der Cobalaminbiosyntheseweg als auch der Chlorophyllbiosyntheseweg gehen von einer gemeinsamen Vorstufe aus, dem Uroporphyinogen III. Die Tatsache, dass Cobalamin (Vitamin B12) selbst wie auch seine Produktion komplex und spezifisch sind, macht ungefähr 30 Enzyme erforderlich, die in einem chemisch komplizierten Biosyntheseweg zwischen spezifischen, jedoch eng verwandten Substraten unterscheiden. Eines dieser Enzyme, die Uroporphyrin-III-C-Methyltransferase, katalysiert die beiden aufeinanderfolgenden C-2- und C-7-Methylierungen, die an der Umwandlung von Uroporphyrinogen-III in Precorrin-2 über die Zwischenbildung von Precorrin-1 beteiligt sind. Diese Reaktion dirigiert das Uroporphyrinogen-III zu Cobalamin(Vitamin B12)- oder Sirohäm-Biosynthese. Die US-Patentanmeldungsschrift 2005/0108791 beschreibt die Verwendung einer Uroporphyrin-III-C-methyltransferase (CobA) aus Synechocystis sp. mit einem Chloroplasten-Targeting-Peptid für die Herstellung von transgenen Pflanzen mit einem verbesserten Phänotyp.
  • Es sind einige Gene, die an Stressreaktionen, am Wasserverbrauch und/oder an der Biomasse in Pflanzen beteiligt sind, charakterisiert worden, ein Erfolg bei der Entwicklung von transgenen Kulturpflanzen mit verbessertem Ertrag ist jedoch bis jetzt mäßig gewesen, und es wurden keine solchen Pflanzen in den Handel gebracht. Es besteht daher ein Bedarf daran, zusätzliche Gene zu identifizieren, die fähig sind, den Ertrag von Kulturpflanzen zu erhöhen.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass die Transformation von Pflanzen mit gewissen Polynukleotiden zu einer Verbesserung des pflanzlichen Ertrags führt, wenn die Gene auf entsprechendem Niveau exprimiert werden und mit den erhaltenen Proteinen ein Targeting an die entsprechende zelluläre Lage erfolgt. Bei einem wie im vorliegenden Text beschriebenen Targeting sind die Polynukleotide und Polypeptide gemäß Tabelle 1 fähig, den Ertrag von transgenen Pflanzen zu verbessern. Tabelle 1
    Bezeichnung des Gens Organismus Polynukleotid SEQ ID NO Aminosäure SEQ ID NO
    B0821 Escherichia coli 1 2
    B2668 E. coli 3 4
    B3362 E. coli 5 6
    B3555 E. coli 7 8
    SLL1911 Synechocystis sp.pcc6811 9 10
    SLR1062 Synechocystis sp.pcc6818 11 12
    YDL193W Saccharomyces cerevisiae 13 14
    B1187 E. coli 15 16
    B2173 E. coli 17 18
    GM50181105 Glycine max 19 20
    B2670 E. coli 21 22
    YBR222C S. cerevisiae 23 24
    BN51408632 B. napus 25 26
    BN51423788 B. napus 27 28
    BN51486050 B. napus 29 30
    GM50942269 G. max 31 32
    Bezeichnung des Gens Organismus Polynukleotid SEQ ID NO Aminosäure SEQ ID NO
    GM59534234 G. max 33 34
    GM59654631 G. max 35 36
    GM59778298 G. max 37 38
    YNL030W S. cerevisiae 39 40
    LU62237699 Linum usitatissimum 41 42
    OS36075085 O. sativa 43 44
    YLR251W S. cerevisiae 45 46
    BN42108421 B. napus 47 48
    GMsf23a01 G. max 49 50
    HV62697288 Hordeum vulgare 51 52
    LU61649286 L. usitatissimum 53 54
    OS40298410 O. sativa 55 56
    YPR036W S. cerevisiae 57 58
    BN51362135 B. napus 59 60
    SLL1326 Synechocystis sp. 61 62
    LU61815688 L. usitatissimum 63 64
    SLR1329 Synechocystis sp. 65 66
    SLR0977 Synechocystis sp. 67 68
    ssr0390 Synechocystis sp. 69 70
    sll1382 Synechocystis sp. 71 72
    BN42448747 B. napus 73 74
    GM49779037 G. max 75 76
    sll0248 Synechocystis sp. 77 78
    sll0819 Synechocystis sp. 79 80
    BN51362302 B. napus 81 82
    BNDLM1779_30 B. napus 83 84
    GMsk95f02 G. max 85 86
    GMso56a01 G. max 87 88
    sll1796 Synechocystis sp. 89 90
    slr1739 Synechocystis sp. 91 92
    sll0378 Synechocystis sp. 93 94
    slr1368 Synechocystis sp. 95 96
    sll0099 Synechocystis sp. 97 98
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 2; SEQ ID NO: 4; SEQ ID NO: 6 und SEQ ID NO: 8 kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 10 und SEQ ID NO: 12, kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid einer mutmaßlichen Undecaprenylpyrophosphatsynthetase mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 14 kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid, bei dem es sich um einen mutmaßlichen Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus mit einer HTH-DNA-Bindungsdomäne des gntR-Typs umfassend die Aminosäuren 34 bis 53 von SEQ ID NO: 16 handelt, kodiert; transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer G3E, P-loop-Domäne umfassend ein Walker-A-Motiv mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 99 und ein GTP-Spezifitätsmotiv mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 100 kodiert; transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt. die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid, bei dem es sich um ein mutmaßliches Membranprotein mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 22 handelt, kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid einer Peroxisomen-Coenzym A Synthetase, umfassend eine AMP-Bindungsdomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 194 bis 205 von SEQ ID NO: 24, den Aminosäuren 202 bis 213 von SEQ ID NO: 26, den Aminosäuren 214 bis 225 von SEQ ID NO: 28, den Aminosäuren 195 bis 206 von SEQ ID NO: 30, den Aminosäuren 175 bis 186 von SEQ ID NO: 32, den Aminosäuren 171 bis 182 von SEQ ID NO: 34, den Aminosäuren 189 bis 200 von SEQ ID NO: 36, den Aminosäuren 201 bis 212 von SEQ ID NO: 38, kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Histon-H4-Polypeptid mit einer G-A-K-R-H(SEQ ID NO: 101)-Signatursequenzdomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 40; den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 56; den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 42; und den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 44, kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, oder einen konstitutiven Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-integrales Membranpolypeptid des SYM1-Typs kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der Vakuolenprotonenpumpe-Untereinheit H kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der F-ATPase-Untereinheit alpha umfassend eine ATP-Synthasedomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 356 bis 365 von SEQ ID NO: 62; den Aminosäuren 254 bis 263 von SEQ ID NO: 64, kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der F-ATPase-Untereinheit beta umfassend eine ATP-Synthasedomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 353 bis 362 von SEQ ID NO: 66, kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-ABC-Transporterpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 68 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der Fotosystem-I-Reaktionszentrumuntereinheit psaK mit einer psaGK-Signatur umfassend die Aminosäuren 56 bis 73 von SEQ ID NO: 70 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Ferredoxinpolypeptid umfassend eine Fer2-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 11 bis 87 von SEQ ID NO: 72; den Aminosäuren 12 bis 88 von SEQ ID NO: 74; und den Aminosäuren 63 bis 139 von SEQ ID NO: 76 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Flavodoxinpolypeptid mit einer Flavidoxin_1-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 6 bis 160 von SEQ ID NO: 78 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der Fotosystem-I-Reaktionszentrumuntereinheit III psaF umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86; und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Cytochrom-c553(PetJ)-Polypeptid mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 38 bis 116 von SEQ ID NO: 90 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid des Fotosystem-II-Reaktionszentrums W (PsbW) mit einer Cytochrom-C-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 5 bis 120 von SEQ ID NO: 92 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der Uroporphyrin-III c-Methylltransferase (CobA) mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 93 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für eine Volllängen-Precorrin-6b-Methylase mit einer Methyltransf_12-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 45 bis 138 von SEQ ID NO: 96 kodiert, transformiert ist; Wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Die Expressionskassette dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, umfassen.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für eine decarboxylierende Precorrin-6y-Methylase mit einer TP_Methylase-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 195 von SEQ ID NO: 98 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Die Expressionskassette dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, umfassen.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung einen Samen, der von der transgenen Pflanze der Erfindung erzeugt worden ist, bereit, wobei der Samen für ein Transgen umfassend die oben beschriebenen Expressionsvektoren reinerbig ist. Pflanzen, die von den Samen der Erfindung hervorgehen, weisen unter normalen Bedingungen oder unter Stressbedingungen verglichen mit einer Wildtypsorte der Pflanze eine erhöhte Toleranz gegen einen Umweltstress und/oder ein erhöhtes Pflanzenwachstum und/oder einen erhöhten Ertrag auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wiederum betrifft die Erfindung Produkte, die von oder aus den transgenen Pflanzen der Erfindung, ihren Pflanzenteilen oder ihren Samen erzeugt worden sind, wie ein Nahrungsmittel, Futtermittel, einen Nahrungsmittelzusatzstoff Futtermittelzusatzstoff, eine Faser, ein Kosmetikum oder ein Pharmazeutikum.
  • Die Erfindung stellt weiterhin gewisse isolierte Polynukleotide, die in Tabelle 1 identifiziert sind, und gewisse isolierte Polypeptide, die in Tabelle 1 identifiziert sind, bereit. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein rekombinanter Vektor, umfassend ein isoliertes Polynukleotid der Erfindung.
  • In einer weiteren Ausführungsform wiederum betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten transgenen Pflanze, wobei das Verfahren umfasst, dass man eine Pflanzenzelle mit einem Expressionsvektor umfassend ein isoliertes Polynukleotid der Erfindung transformiert und aus der Pflanzenzelle eine transgene Pflanze erzeugt, die das von dem Polynukleotid kodierte Polypeptid exprimiert. Die Expression des Polypeptids in der Pflanze führt im Vergleich zu einer Wildtypsorte der Pflanze zu einer erhöhten Toleranz gegenüber einem Umweltstress und/oder einem erhöhten Wachstum und/oder einem erhöhten Ertrag unter normalen Bedingungen und/oder Stressbedingungen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wiederum stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen der Toleranz einer Pflanze gegenüber einem Umweltstress und/oder zum Erhöhen des Wachstums einer Pflanze und/oder zum Erhöhen des Ertrags einer Pflanze bereit. Das Verfahren umfasst die Schritte des Transformierens einer Pflanzenzelle mit einer Expressionskassette umfassend ein isoliertes Polynukleotid der Erfindung und das Erzeugen einer transgenen Pflanze aus der Pflanzenzelle, wobei die transgene Pflanze das Polynukleotid umfasst.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der Nukleotidbindungsdomäne, die Proteine mit der Bezeichnung B2173 (SEQ ID NO: 18), GM50181105 (SEQ ID NO: 20) enthält. Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 2 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetasen mit der Bezeichnung YBR222C (SEQ ID NO: 24), BN51408632 (SEQ ID NO: 26), BN51423788 (SEQ ID NO: 28), BN51486050 (SEQ ID NO: 30), GM50942269 (SEQ ID NO: 32), GM59534234 (SEQ ID NO: 34), GM59654631 (SEQ ID NO: 36), GM59778298 (SEQ ID NO: 38). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 3 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen von Histon H4 mit der Bezeichnung YNL030W (SEQ ID NO: 40), GM53663330 (SEQ ID NO: 56), LU62237699 (SEQ ID NO: 42), OS36075085 (SEQ ID NO: 44). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 4 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der integralen Membranproteine des SYM1-Typs mit der Bezeichnung YLR251W (SEQ ID NO: 62), BN42108421 (SEQ ID NO: 64), GMsf23a01 (SEQ ID NO: 50), HV62697288 (SEQ ID NO: 52), LU61649286 (SEQ ID NO: 54), OS40298410 (SEQ ID NO: 56). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 5 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der Polypeptide der V-ATPase-Untereinheit H mit der Bezeichnung YPR036W (SEQ ID NO: 58), BN51362135 (SEQ ID NO: 60). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 6 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der F-ATPase-Untereinheit alpha mit der Bezeichnung SLL1326 (SEQ ID NO: 62), LU61815688 (SEQ. ID NO: 64). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt
  • 7 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der Ferredoxine mit der Bezeichnung sll1382 (SEQ ID NO: 72), BN42448747 (SEQ ID NO: 74), GM49779037 (SEQ ID NO: 76). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • 8 zeigt ein Alignment der Aminosäuresequenzen der Proteine der Untereinheit III des Fotosystem-I-Reaktionszentrums mit der Bezeichnung sll0819 (SEQ ID NO: 80), BN51362302 (SEQ ID NO: 82), BNDLM1779_30 (SEQ ID NO: 84), GMsk95f02 (SEQ ID NO: 86), und GMso56a01 (SEQ ID NO: 88). Das Alignment wurde unter Verwendung von Align X von Vector NTI erstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der gesamten vorliegenden Anmeldung wird auf verschiedene Veröffentlichungen Bezug genommen. Die Offenbarungen von all diesen Veröffentlichungen und den Literaturangaben, die innerhalb dieser Veröffentlichungen zitiert werden, werden hiermit vollständig durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, vollständiger zu beschreiben. Die im vorliegenden Zusammenhang verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Im vorliegenden Zusammenhang kann „ein/e” ein/e oder mehr bedeuten, je nach dem Zusammenhang, in dem dieses Wort verwendet wird. So kann zum Beispiel, wenn „eine Zelle” erwähnt wird, dies bedeuten, dass mindestens eine Zelle verwendet werden kann.
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze, die ein in Tabelle 1 identifiziertes isoliertes Polynukleotid in dem subzellulären Kompartiment und Gewebe, das darin angegeben ist, überexprimiert, bereit. Die erfindungsgemäße transgene Pflanze weist im Vergleich zu einer Wildtypsorte der Pflanze einen verbesserten Ertrag auf. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff „verbesserter Ertrag” jegliche Verbesserung bezüglich des Ertrags von irgendeinem gemessenen Pflanzenprodukt, wie Korn, Frucht oder Faser. Erfindungsgemäß können Veränderungen bei unterschiedlichen phänotypischen Merkmalen den Ertrag verbessern. So sind zum Beispiel geeignete Maße für einen verbesserten Ertrag Parameter wie die Blütenorganentwicklung, die Anlage von Wurzeln, die Wurzelbiomasse, die Anzahl Samen, das Samengewicht, der Harvest Index, Toleranz gegenüber abiotischem Umweltstress, Blattbildung, Phototropismus, Apikaldominanz und Fruchtentwicklung, was keine Einschränkung darstellen soll. Jegliche Ertragserhöhung ist erfindungsgemäß ein verbesserter Ertrag. So kann die Ertragsverbesserung zum Beispiel eine Erhöhung von 0,1%, 0,5%, 1%, 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder mehr bei einem der gemessenen Parameter umfassen. So ist zum Beispiel eine Erhöhung des in Bushel/Acre angegebenen Ertrags von Sojabohnen oder Mais, die von einer Kultur umfassenden Pflanzen, die für die Nukleotide und Polypeptide gemäß Tabelle 1 transgen sind, verglichen mit dem in Bushel/Acre ausgedrückten Ertrag von unbehandelten Sojabohnen oder unbehandeltem Mais, die/der unter denselben Bedingungen herangezogen wird, ein erfindungsgemäß verbesserter Ertrag.
  • Wie im vorliegenden Text definiert versteht man unter einer „transgenen Pflanze” eine Pflanze, die unter Verwendung von DNA-Rekombinationstechnik dahingehend verändert wurde, dass sie eine isolierte Nukleinsäure enthält, die sonst in der Pflanze nicht vorliegen würde. Im vorliegenden Zusammenhang beinhaltet der Ausdruck „Pflanze” eine ganze Pflanze, Pflanzenzellen und Pflanzenteile. Zu Pflanzenteilen zählen, sind jedoch nicht einschränkend: Stängel, Wurzeln, Ovula, Staubblätter, Blätter, Embryonen, meristematische Regionen, Kallusgewebe, Gametophyten, Sporophyten, Pollen, Mikrosporen und dergleichen. Die erfindungsgemäße transgene Pflanze kann pollensteril oder pollenfertil sein und kann weiterhin Transgene beinhalten, bei denen es sich nicht um diejenigen, die die im vorliegenden Text beschriebenen isolierten Polynukleotide beinhalten, handelt.
  • Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Sorte” auf eine Gruppe von Pflanzen innerhalb einer Art, denen konstante Charakteristika gemeinsam sind, die sie von der typischen Form und von anderen möglichen Sorten innerhalb dieser Art unterscheiden. Eine Sorte weist nicht nur mindestens ein unterscheidbares Merkmal auf, sondern ist auch durch ein gewisses Ausmaß an Variation zwischen den Einzelorganismen innerhalb der Sorte gekennzeichnet, und zwar in erster Linie auf Grundlage der Mendelschen Aufspaltung der Merkmale unter der Nachkommenschaft von aufeinanderfolgenden Generationen. Eine Sorte gilt als ”reinerbig” für ein bestimmtes Merkmal, wenn sie genetisch für dieses Merkmal so stark homozygot ist, dass, wenn die reinerbige Sorte selbstbestäubt wird, kein wesentliches Ausmaß an unabhängiger Aufspaltung dieses Merkmals innerhalb der Nachkommenschaft beobachtet wird. Bei der vorliegenden Erfindung entsteht das Merkmal aufgrund der transgenen Expression von einem oder mehreren isolierten Polynukleotiden, die in eine Pflanzensorte eingeführt werden. Ebenso im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff „Wildtypsorte” eine Gruppe von Pflanzen, die aus Vergleichszwecken als Kontrollpflanze analysiert werden, wobei die Pflanze der Wildtypsorte mit der transgenen Pflanze (Pflanze, die mit einem erfindungsgemäßen isolierten Polynukleotid transformiert wurde) mit der Ausnahme, dass die Pflanze der Wildtypsorte nicht mit einen erfindungsgemäßen isolierten Polynukleotid transformiert wurde, identisch ist. Der Begriff „Wildtyp” bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang auf eine Pflanzenzelle, einen Samen, einen Pflanzenbestandteil, ein Pflanzengewebe, ein Pflanzenorgan oder eine ganze Pflanze, die/der/das nicht mit einem erfindungsgemäßen isolierten Polynukleotid genetisch modifiziert worden ist.
  • Der Begriff „Kontrollpflanze” bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang auf eine Pflanzenzelle, ein Explantat, einen Samen, einen Pflanzenbestandteil, ein Pflanzengewebe, ein Pflanzenorgan oder eine ganze Pflanze, die/der/das verwendet wird, um einen Vergleich gegen eine transgene oder genetisch modifizierte Pflanze anzustellen, um einen verbesserten Phänotyp oder ein wünschenswertes Merkmal in der transgenen Pflanze oder der genetisch modifizierten Pflanze zu identifizieren. Bei einer „Kontrollpflanze” kann es sich in manchen Fällen um eine transgene Pflanzenlinie handeln, die einen Blankvektor oder ein Markergen umfasst, jedoch das interessierende rekombinante Polynukleotid, das in der transgenen Pflanze oder der genetisch modifizierten Pflanze, die ausgewertet wird, vorhanden ist, nicht enthält. Eine Kontrollpflanze kann eine Pflanze derselben Linie oder Sorte wie die transgene Pflanze oder die genetisch modifizierte Pflanze, die geprüft wird, sein oder eine andere Linie oder Sorte, wie eine Pflanze, von der bekannt ist, dass sie einen spezifischen Phänotyp, ein spezifisches Charakteristikum oder einen bekannten Genotyp aufweist. Eine geeignete Kontrollpflanze würde eine genetisch nichtmodifizierte bzw. nichttransgene Pflanze der Elternlinie, die eingesetzt wurde, um eine transgene Pflanze im vorliegenden Zusammenhang zu erzeugen, beinhalten.
  • Wie im vorliegenden Zusammenhang definiert sind die Begriffe „Nukleinsäure” und „Polynukleotid” austauschbar und beziehen sich auf RNA oder DNA, die geradkettig oder verzweigt, einzel- oder doppelsträngig oder ein Hybrid davon ist. Der Begriff umfasst auch RNA/DNA-Hybride. Ein „isoliertes” Nukleinsäuremolekül ist eines, das von den anderen Nukleinsäuremolekülen, die in dem natürlichen Ausgangsmaterial der Nukleinsäure vorliegen (d. h. Sequenzen, die für andere Polypeptide kodieren), im Wesentlichen getrennt ist. So zum Beispiel wird eine klonierte Nukleinsäure als isoliert betrachtet. Eine Nukleinsäure wird auch dann als isoliert betrachtet, wenn sie durch das Eingreifen des Menschen verändert wurde oder an einem Lokus oder einer Stelle platziert wurde, bei dem/der es sich nicht um ihren natürlichen Ort handelt, oder wenn sie durch Transformation in eine Zelle eingeführt wurde. Weiterhin kann ein isoliertes Nukleinsäuremolekül, wie ein cDNA-Molekül, frei von einem Teil des sonstigen Zellmaterials, mit dem es auf natürliche Weise assoziiert ist, bzw. von dem Kulturmedium, wenn es mittels Rekombinationstechniken hergestellt wurde, oder chemischen Vorstufen oder anderen Chemikalien, wenn es chemisch synthetisiert wurde, sein. Obwohl es gegebenenfalls eine untranslatierte Sequenz, die sowohl am 3'-als auch am 5'-Ende der Kodierregion eines Gens vorliegen kann, umfassen kann, kann es bevorzugt sein, die Sequenzen, die die Kodierregion in ihrem natürlich vorkommenden Replikon auf natürliche Weise flankieren, zu entfernen.
  • Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Umweltstress” auf eine suboptimale Bedingung, die mit Salinitätsstress, Trockenheitsstress, Stickstoffstress, Temperaturstress, Metallstress, chemischem Stress, pathogen bedingtem Stress oder oxidativem Stress oder einer beliebigen Kombination davon einhergeht. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Trockenheit” auf eine Umweltbedingung, wo die Wassermenge, die verfügbar ist, um das pflanzliche Wachstum bzw. die pflanzliche Entwicklung zu unterstützen, suboptimal ist. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Frischgewicht” auf alles in der Pflanze inklusive Wasser. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Trockengewicht” auf alles in der Pflanze außer Wasser, und er beinhaltet zum Beispiel Kohlenhydrate, Proteine, Öle und mineralische Nährstoffe.
  • Zur Erzeugung einer erfindungsgemäßen transgenen Pflanze kann jede beliebige Pflanzenart transformiert werden. Bei der erfindungsgemäßen transgenen Pflanze kann es sich um eine dikotyle Pflanze oder eine monokotyle Pflanze handeln. Beispielhaft und nicht einschränkend können erfindungsgemäße transgene Pflanzen von jeder beliebigen der folgenden dikotylen Pflanzenfamilien abstammen: Leguminosae, darunter Pflanzen wie Erbse, Luzerne und Sojabohne; Umbelliferae, darunter Pflanzen wie Karotte und Sellerie; Solanaceae, darunter Pflanzen wie Tomate, Kartoffel, Aubergine, Tabak und Paprika; Cruciferae, insbesondere die Gattung Brassica, die Pflanzen wie Raps, Rübe, Kohl, Blumenkohl und Brokkoli beinhaltet; und A. thaliana; Compositae, darunter Pflanzen wie Salat; Malvaceae, darunter Baumwolle; Fabaceae, darunter Pflanzen wie Erdnuss und dergleichen. Erfindungsgemäße transgene Pflanzen können von monokotylen Pflanzen abstammen, wie zum Beispiel Weizen, Gerste, Sorghumhirse, Millethirse, Roggen, Triticale, Mais, Reis, Hafer und Zuckerrohr. Erfindungsgemäße transgene Pflanzen können auch Bäume wie Apfel, Birne, Quitte, Pflaume, Kirsche, Pfirsich, Nektarine, Aprikose, Papaya, Mango und andere Gehölzarten, darunter Koniferen und laubabwerfende Bäume wie Pappel, Kiefer, Sequoia, Zeder, Eiche und dergleichen sein. Besonders bevorzugt sind A. thaliana, Nicotiana tabacum, Reis, Raps Canola, Sojabohne, Mais, Baumwolle und Weizen.
  • A. Uncharakterisierte Proteine ohne Targeting
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Poylnukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6 und SEQ ID NO: 8, kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • B. Unbekannte Proteine mit Targeting-Plastiden
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Poylnukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 10 und SEQ ID NO: 12, kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • C. Undecaprenylpyrophosphatsynthetase
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 14 kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • D. Mutmaßlicher Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid, bei dem es sich um einen mutmaßlichen Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus handelt, kodiert; transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen B1187 (SEQ ID NO: 15) kodiert für einen mutmaßlichen Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus. Transkriptionsregulatoren sind teilweise durch den Typ und Zusammenhang ihrer DNA-Bindungsdomänen charakterisiert. Die HTH-DNA-Bindungsdomäne des gntR-Typs charakterisiert teilweise die Klasse der Transkriptionsregulatoren des Fettsäuremetabolismus, für die beispielhaft das Protein B1187 (SEQ ID NO: 16) genannt ist.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für einen mutmaßlichen Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid kodiert, wobei das Polypeptid eine HTH-DNA-Bindungsdomäne des gntR-Typs umfasst. Vorzugsweise kodiert das Polynukleotid für ein Polypeptid eines Transkriptionsregulators des Fettsäuremetabolismus, das eine HTH-DNA-Bindungsdomäne des gntR-Typs umfasst, wobei die Domäne eine Sequenz bestehend aus den Aminosäuren 34 bis 53 von SEQ ID NO: 16 aufweist. Stärker bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Polypeptid eines Transkriptionsregulators des Fettsäuremetabolismus umfassend eine Transkriptionsregulatordomäne bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 90 von SEQ ID NO: 16. Am stärksten bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Polypeptid eines mutmaßlichen Transkriptionsregulators des Fettsäuremetabolismus umfassend die Aminosäuren 1 bis 239 von SEQ ID NO: 4.
  • E. Nukleotidbindungsproteine der G3E-Familie, P-loop-Domäne
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid, bei dem es sich um ein Polypeptid enthaltend eine Nukleotidbindungsdomäne handelt, kodiert; transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen B2173 (SEQ ID NO: 17) kodiert für ein Polypeptid, das eine GTPase-Domäne der G3E-Familie, P-loop, enthält (SEQ ID NO: 18). GTPase-Domänen der G3E-Familie, P-loop, sind teilweise durch das Vorhandensein von zwei unterschiedlichen Motiven, einem Walker-A-Motiv in der Nähe des N-terminalen Endes des reifen Polypeptids und ein GTP-Spezifitätsmotiv gekennzeichnet. Das Walker-A-Motiv lautet G-x-x-x-x-G-K-S/T (SEQ ID NO: 99). Die Funktion des Walker-A-Motivs besteht darin, den Triphosphatrest eines gebundenen Nukleotids zu positionieren. Das GTP-Spezifitätsmotiv ist ein Aminosäureabschnitt von N/T-K-x-D (SEQ ID NO: 100), es soll für die Spezifität für Guanin im Gegensatz zu anderen Basen essentiell sein. Solche konservierten Motive sind in den Proteinen gemäß 1 beispielhaft dargestellt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein Nukleotidbindungsprotein der G T Pase-Domäne der G3E-Familie, P-loop kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Nukeotidbindungsaktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Domäne umfassend ein Walker-A-Motiv in Kombination mit einem GTP-Spezifitätsmotiv umfasst, wobei das Walker-A-Motiv eine Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 9 bis 16 von SEQ ID NO: 18, den Aminosäuren 36 bis 43 von SEQ ID NO: 20 aufweist und das GTP-Spezifitätsmotiv eine Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 152 bis 155 von SEQ ID NO: 18, den Aminosäuren 191 bis 191 von SEQ ID NO: 20 aufweist. Stärker bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Volllängenpolypeptid mit Nukleotidbindungsaktivität, wobei das Polypeptid eine Domäne, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 6 bis 320 von SEQ ID NO: 18, den Aminosäuren 33 bis 355 von SEQ ID NO: 20 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Nukleotidbindungsprotein umfassend die Aminosäuren 1 bis 328 von SEQ ID NO: 18; die Aminosäuren 1 bis 365 von SEQ ID NO: 20 kodiert.
  • F. Mutmaßliches Membranprotein
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; mutmaßliches und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Membranpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 22 kodiert; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen B2670 (SEQ ID NO: 21) kodiert für ein mutmaßliches Membranprotein (SEQ ID NO: 22). Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein mutmaßliches Membranprotein mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 149 von SEQ ID NO: 22 kodiert.
  • G. Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetasen
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid einer Peroxisomen-Coenzym A Synthetase kodiert; transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen YBR222C (SEQ ID NO: 23) kodiert für ein Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetaseprotein (SEQ ID NO: 24). Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetasen sind teilweise durch das Vorhandensein einer AMP-Bindungsdomäne mit einer charakteristischen Signatursequenz gekennzeichnet. Solche konservierten Signatursequenzen sind in den Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetaseproteinen gemäß 2 beispielhaft angeführt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für ein Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetaseprotein kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetaseaktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine AMP-Bindungsdomäne mit einer Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 194 bis 205 vor SEQ ID NO: 24 den Aminosäuren 202 bis 213 von SEQ ID NO: 26, den Aminosäuren 214 bis 225 von SEQ ID NO: 28, den Aminosäuren 195 bis 206 von SEQ ID NO: 30, den Aminosäuren 175 bis 186 von SEQ ID NO: 32, den Aminosäuren 171 bis 182 von SEQ ID NO: 34, den Aminosäuren 189 bis 200 von SEQ ID NO: 36, den Aminosäuren 201 bis 212 von SEQ ID NO: 38 umfasst. Stärker bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Volllängenpolypeptid mit Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetaseaktivität, wobei das Polypeptid eine Domäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 198 bis 456 von SEQ ID NO: 24, den Aminosäuren 206 bis 477 von SEQ ID NO: 26, den Aminosäuren 218 bis 487 von SEQ ID NO: 28, den Aminosäuren 199 bis 468 von SEQ ID NO: 30, den Aminosäuren 179 bis 457 von SEQ ID NO: 32, den Aminosäuren 175 bis 452 von SEQ ID NO: 34, den Aminosäuren 193 bis 463 von SEQ ID NO: 36, den Aminosäuren 205 bis 476 von SEQ ID NO: 38 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetase umfassend die Aminosäuren 1 bis 543 von SEQ ID NO: 24, die Aminosäuren 1 bis 569 von SEQ ID NO: 26, die Aminosäuren 1 bis 565 von SEQ ID NO: 28, die Aminosäuren 1 bis 551, von SEQ ID NO: 30, die Aminosäuren 1 bis 560 von SEQ ID NO: 32, die Aminosäuren 1 bis 543 von SEQ ID NO: 34, die Aminosäuren 1 bis 553 von SEQ ID NO: 36, die Aminosäuren 1 bis 568 von SEQ ID NO: 38 kodiert.
  • H. Histon-H4-Proteine
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Histon-H4-Polypeptid kodiert; transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen YNL030W (SEQ ID NO: 39) kodiert für ein Histon-H4-Protein (SEQ ID NO: 40). Histone kommen in Mitochondrien nicht natürlich vor, obwohl histonartige Proteine gefunden worden sind. Gemeinsam mit anderen Kernhistonen bilden die H4-Histone das Histon-Octamer, um das Kern-DNA bei der Bildung der Nucleosomen, der Hauptstruktureinheiten des Chromatins, gewickelt ist. Die Histon-H4-Proteine sind teilweise durch das Vorhandensein der charakteristischen Signatursequenz G-A-K-R-H (SEQ ID NO: 101) gekennzeichnet, die sich zwischen den Positionen 14 und 18 des Proteins befindet. Diese konservierte Signatursequenz ist beispielhaft in den Histon-H4-Proteinen gemäß 3 angegeben.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für ein Histon-H4-Protein kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Histon-H4-Synthetaseaktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Domäne umfassend eine Histon-H4-Signatur mit einer Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 15 bis 19 von SEQ ID NO: 40, den Aminosäuren 15 bis 19 von SEQ ID NO: 56, den Aminosäuren 15 bis 19 von SEQ ID NO: 42, den Aminosäuren 15 bis 19 von SEQ ID NO: 44 aufweist. Stärker bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Volllängenpolypeptid mit Histon-H4-Aktivität, wobei das Polypeptid eine Domäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 40, den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 56, den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 42, den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 44 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Histon H4 umfassend die Aminosäuren 1 bis 103 von SEQ ID NO: 40, die Aminosäuren 1 bis 103 von SEQ ID NO: 56, die Aminosäuren 1 bis 106 von SEQ ID NO: 42, die Aminosäuren 1 bis 105 von SEQ ID NO: 44 kodiert.
  • I. Integrale Membranproteine des SYM1-Typs
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert, und ein Polynukleotid, das für ein Volllängen-integrales Membranpolypeptid des SYM1-Typs kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  • Bei dem Gen YLR251W (SEQ ID NO: 61) handelt es sich um SYM1 (was „Stressinducible Yeast Mpv17” bedeutet). Bei Sym1 handelt es sich um ein integrales Membranprotein, das beim Membrantransport während des Hitzeschocks eine wichtige Rolle spielt. In Beispiel 2 unten wird gezeigt, dass die Expression des Gens YLR251W (SEQ ID NO: 61) unter der Kontrolle des USP-Promoters oder des PCUbi-Promoters und mit Targeting an den Chloroplasten entweder unter wasserlimitierenden Wachstumsbedingungen oder bei guter Bewässerung zu größeren Pflanzen führt. 4 zeigt ein Alignment von repräsentativen Polypeptiden des SYM1-Typs, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden können.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein integrales Membranpolypeptid des SYM1-Typs kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängen-integrales-Membranpolypeptid des SYM1-Typs kodiert, wobei das Polypeptid eine Domäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 31 bis 171 von SEQ ID NO: 62; den Aminosäuren 132 bis 263 von SEQ ID NO: 64; den Aminosäuren 131 bis 262 von SEQ ID NO: 50; den Aminosäuren 12 bis 145 von SEQ ID NO: 52; den Aminosäuren 134 bis 265 von SEQ ID NO: 54; und den Aminosäuren 139 bis 272 von SEQ ID NO: 56 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein integrales Membranpolypeptid des SYM1-Typs mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 197 von SEQ ID NO: 62; die Aminosäuren 1 bis 278 von SEQ ID NO: 64; die Aminosäuren 1 bis 277 von SEQ ID NO: 50; die Aminosäuren 1 bis 161 von SEQ ID NO: 52; die Aminosäuren 1 bis 280 von SEQ ID NO: 54; oder die Aminosäuren 1 bis 293 von SEQ ID NO: 56 kodiert.
  • J. Polypeptide der Vakuolenpumpenuntereinheit H
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid der Vakuolenprotonenpumpe-Untereinheit H kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen YPR036W (SEQ ID NO: 57) kodiert für eine Untereinheit H der ATPase des V-Typs, bei der es sich um eine regulatorische Untereinheit handelt, die für die Aktivität, jedoch nicht die Assemblierung, von Hefe-ATPasen des V-Typs erforderlich ist. In Beispiel 2 unten wird gezeigt, dass die Expression des Gens YPR036W (SEQ ID NO: 73) unter der Kontrolle des USP-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien unter wasserlimitierenden Wachstumsbedingungen zu größeren Pflanzen führt. 5 zeigt ein Alignment von repräsentativen Polypeptiden der Untereinheit H der ATPasen des V-Typs, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden können.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein Polypeptid der Untereinheit H eine ATPase des V-Typs kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit der Aktivität der Untereinheit H einer ATPase des V-Typs kodiert, wobei das Polypeptid eine Domäne mit einer Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 38 bis 470 von SEQ ID NO: 58; den Aminosäuren 19 bis 436 von SEQ ID NO: 60 umfasst. Am stärksten bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Untereinheit-H-Polypeptid einer ATPase des V-Typs umfassend die Aminosäuren 1 bis 478 von SEQ ID NO: 58; die Aminosäuren 1 to 450 von SEQ ID NO: 60.
  • K. F-ATPase-Untereinheit-alpha-Polypeptide
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Polypeptid der F-ATPase-Untereinheit α kodeirt; transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen SLL1326 (SEQ ID NO: 61) kodiert für die F-ATPase-Untereinheit α, bei der es sich um einen essentiellen Bestandteil des F-ATP-Holoenzyms handelt. In Beispiel 2 unten wird gezeigt, dass die Expression des Gens SLL1326 (SEQ ID NO: 61) unter der Kontrolle des Ubiquitinpromoters mit Targeting an die Mitochondrien unter wasserlimitierenden Wachstumsbedingungen zu größeren Pflanzen führt.
  • Bei den F-ATPasen handelt es sich um die Hauptproduzenten von ATP, wobei der durch die oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien oder die Photosynthese in den Chloroplasten erzeugte Protonengradient verwendet wird. Sowohl die alpha- als auch die beta-Untereinheit der F-ATPasen umfassen eine ATP-Synthasedomäne, die durch eine charakteristische Signatursequenz mit der Sequenz ”P – [SAP] – [LIV] – [DNH] – {LKGN} – {F} – {S} – S – {DCPH} – S” charakterisiert ist, wobei die Aminosäurepositionen innerhalb der eckigen Klammern beliebige der angegebenen Reste sein können, die Aminosäurepositionen innerhalb der geschweiften Klammern beliebige Aminosäurereste mit Ausnahme des/der angegebenen sein können und Aminosäurepositionen ohne Klammern nur der jeweilige Aminosäurerest sein können. Solche konservierten Signatursequenzen sind in den F-ATPase-Untereinheit-alpha-Proteinen gemäß 6 beispielhaft dargestellt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für eine F-ATPase-Untereinheit α kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit F-ATPase-Untereinheit-alpha-Aktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Domäne umfassend eine ATP-Synthasesignatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 356 bis 365 von SEQ ID NO: 62; den Aminosäuren 254 bis 263 von SEQ ID NO: 64 umfasst. Stärker bevorzugt kodiert das Polynukleotid für ein Volllängenpolypeptid mit F-ATPase-Untereinheit-alpha-Aktivität, wobei das Polypeptid eine Domäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 149 bis 365 von SEQ ID NO: 62; den Aminosäuren 41 bis 263 von SEQ ID NO: 64 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine F-ATPase-Untereinheit α umfassend die Aminosäuren 1 bis 503 von SEQ ID NO: 62; die Aminosäuren 1 bis 388 von SEQ ID NO: 64 kodiert.
  • L. F-ATPase-Untereinheit-beta-Polypeptide
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Polypeptid der F-ATPase-Untereinheit β kodiert; transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen SLR1329 (SEQ ID NO: 65) kodiert für die F-ATPase-Untereinheit β, die, wie die alpha-Untereinheit, ein essentieller Bestandteil des F-ATP-Holoenzyms ist. In Beispiel 2 unten wird gezeigt, dass die Expression des Gens Gen SLR1329 (SEQ ID NO: 65) unter der Kontrolle des Ubiquitinpromoters und mit Targeting an die Mitochondrien unter wasserlimitierenden Wachstumsbedingungen zu größeren Pflanzen führt. Die F-ATPase-Untereinheit-beta-Enzyme sind ebenfalls teilweise durch das Vorhandensein der ATP-Synthasesignatursequenz ”P – [SAP] – [LIV] – [DNH] – {LKGN} – {F} – {S} – S – {DCPH} – S” gekennzeichnet, wie dies für die alpha-Untereinheiten beschrieben wurde. Solche konservierten Motive sind in den F-ATPase-Untereinheit-beta-Proteinen gemäß 6 beispielhaft dargestellt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für eine F-ATPase-Untereinheit β kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfast die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit F-ATPase-Untereinheit-beta-Aktivität kodiert, wobei das Polypeptid Polynukleotid, das für eine F-ATPase-Untereinheit β umfassend die Aminosäuren 1 bis 483 von SEQ ID NO: 66 kodiert, umfasst.
  • M. ABC-Transporter
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-ABC-Transporterpolypeptid kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Das Gen SLR0977 (SEQ ID NO: 67) kodiert für einen ABC-Transporter, wobei es sich um membrandurchgreifende Proteine handelt, die die Energie der ATP-Hydrolyse für den Transport von verschiedensten Substraten durch die Membranen hindurch nutzen. In Beispiel 2 unten wird gezeigt, dass die Expression des Gens SLR0977 (SEQ ID NO: 67) unter der Kontrolle des Ubiquitin-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien unter wasserlimitierenden Wachstumsbedingungen zu größeren Pflanzen führt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für einen ABC-Transporter kodiert, umfassen. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für einen ABC-Transporter umfassend die Aminosäuren 1 bis 276 von SEQ ID NO: 68 kodiert.
  • N. PS-I-Untereinheit-psaK-Polypeptide
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Polypeptid der PS-I-Untereinheit psaK kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen ssr0390 (SEQ ID NO: 69) aus Synechocystis sp. mit Targeting an den Chloroplasten enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das ssr0390-Gen kodiert für eine psaK-Untereinheit des PS-I, die teilweise durch das Vorhandensein einer charakteristischen PsaGK-Signatursequenz, die für die psaG/psaK-Genfamilie repräsentativ ist, gekennzeichnet ist. Die psaGK-Signatursequenz des Fotosystems I lautet [GTND] – [FPMI] – x – [LIVMH] – x – [DEAT] – x(2) – [GA] – x – [GTAM] – [STA] – x – G – H – x – [LIVM] – [GAS], wobei Aminosäurepositionen innerhalb von eckigen Klammern beliebige der angegebenen Reste sein können. Das Protein, nämlich psaK, ist ein kleines hydrophobes Protein mit zwei Transmembrandomänen (Aminosäuren 14 bis 34 und Aminosäuren 61 bis 81 von SEQ ID NO: 70), das mit psaG in Pflanzen verwandt ist. Die psaGK-Signatursequenz findet sich an den Restpositionen 56 bis 73 und liegt daher beinahe vollständig innerhalb der zweiten Transmembrandomäne.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für eine Volllängen-psaK-Untereinheit kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit psaK-Aktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine PSI_psaK-Signatur umfassend die Aminosäuren 14 bis 86 von SEQ ID NO: 2 umfasst. Stärker bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine psaK-Untereinheit des Reaktionszentrums von Fotosystem I mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 86 von SEQ ID NO: 2 kodiert.
  • O. Ferredoxine
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promotor kodiert, ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Ferredoxinpolypeptid kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll1382 (SEQ ID NO: 71) aus Synechocystis sp. mit Targeting an die Mitochondrien enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das sll1382-Gen kodiert für Ferredoxin (PetF), teilweise durch das Vorhandensein einer Fer2-Signatursequenz gekennzeichnet. Solche Signatursequenzen sind beispielhaft in den Ferredoxinproteinen gemäß 7 dargestellt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid, das für ein Ferredoxin kodiert, umfassen. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Ferridoxinaktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Fer2-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 11 bis 87 von SEQ ID NO: 72; den Aminosäuren 12 bis 88 von SEQ ID NO: 74; den Aminosäuren 63 bis 139 von SEQ ID NO: 76 umfasst. Stärker bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Ferredoxinpolypeptid mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 122 von SEQ ID NO: 72; die Aminosäuren 1 bis 128 von SEQ ID NO: 74; die Aminosäuren 1 bis 179 von SEQ ID NO: 76 kodiert.
  • P. Flavodoxine
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Flavodoxinpolypeptid umfassend die Aminosäuren 6 bis 160 von SEQ ID NO: 78 kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Wie in Beispiel 2 unten nachgewiesen, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll0248 (SEQ ID NO: 77) aus Synechocystis sp. mit Targeting an den Chloroplasten enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das sll0248-Gen kodiert für Flavodoxin und ist teilweise durch das Vorhandensein der Flavodoxin 1-Signatursequenz entsprechend den Aminosäuren 6 bis 160 von SEQ ID NO: 78 gekennzeichnet.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein Volllängen-Flavodoxinpolypeptid umfassend die Aminosäuren 6 bis 160 von SEQ ID NO: 78 kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenflavodoxin mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 170 von SEQ ID NO 78 kodiert.
  • Q. PS-I-psaF-Polypeptide
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplalstentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-PS-I-psaF-Polypeptid kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll0819 (SEQ ID NO: 79) aus Synechocystis sp. mit Targeting an den Chloroplasten enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das sll0819-Gen kodiert für die PS-I-Untereinheit III (PsaF), die teilweise durch das Vorhandensein einer PSI_PsaF-Signatursequenz gekennzeichnet ist. Solche Signatursequenzen sind in den PS-I-Untereinheit-III-Proteinen gemäß 8 beispielhaft dargestellt.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für eine PS-I-Untereinheit III kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit PS-I-Untereinheit-III-Aktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86; und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88 umfasst. Stärker bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine pflanzliche PS-I-Untereinheit III mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 217 von SEQ ID NO: 82; die Aminosäuren 1 bis 220 von SEQ ID NO: 84; die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 86; oder die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 88 kodiert.
  • R. Cytochrom-c553-Proteine
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Cytochrom-c553(PetJ)-Polypeptid kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, eine erhöhte Biomasse aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll1796 (SEQ ID NO: 89) aus Synechocystis sp. mit Targeting an die Mitochondrien enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen einen erhöhten Ertrag auf.
  • Das Gen sll1796 (SEQ ID NO: 89) kodiert für Cytochrom C553. Cytochrom C553 (PetJ), auch unter der Bezeichnung Cytochrom c6 bekannt, ist am Elektronentransport bei der Fotosynthese beteiligt. PetJ agiert als Elektronen-Carrier zwischen dem membrangebundenen Cytochrom b6-f und dem Fotosystem I, eine Funktion, die in höheren Pflanzen von Plastocyanin ausgeübt wird. Der Elektronentransport bei der Fotosynthese von Cytochrom-bf-Komplex zum PS-I kann von Cytochrom c6 oder Plastocyanin vermittelt werden, und zwar je nach der Kupferkonzentration im Wachstumsmedium. Die Cytochrom-c553-Proteine sind teilweise durch das Vorhandensein einer Cytochrom_C-Signatursequenz entsprechend den Aminosäuren 38 bis 116 von SEQ ID NO: 90 gekennzeichnet. Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein Cytochrom-c553-Protein kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Cytochrom c553-Aktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Cytochrom_C-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 38 bis 116 von SEQ ID NO: 90 umfasst. Stärker bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Cytochrom-c553-Polypeptid mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 120 von SEQ ID NO: 90 umfasst.
  • S. PS_II-W-Polypeptide
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promotor kodiert, ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Polypeptid des PS-II W (PsbW) kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll1739 (SEQ ID NO: 91) aus Synechocystis sp. mit Targeting an die Mitochondrien enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das Gen slr1739 (SEQ ID NO: 91) kodiert für PsbW, das teilweise durch das Vorhandensein der PsbW-Signatursequenz entsprechend den Aminosäuren 5 bis 120 von SEQ ID NO: 92 gekennzeichnet ist.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für ein Volllängen-PsbW-Protein umfassend eine PsbW-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 5 bis 120 von SEQ ID NO: 92 kodiert. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine PsbW-Aktivität mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 122 von SEQ ID NO: 92 kodiert.
  • T. Uroporphyrin-III-C-Methyltransferasen
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Polypeptid der Uroporphyrin-III-c-Methylltransferase (CobA) kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, eine erhöhte Biomasse aufweist. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll0378 (SEQ ID NO: 93) aus Synechocystis sp. mit Targeting an den Chloroplasten enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen einen erhöhten Ertrag auf. Das Gen sll0378 (SEQ ID NO: 93) kodiert für die Uroporphyrin-III-C-Methyltransferase (CobA). Die Uroporphyrin-III-c-Methyltransferasen sind teilweise durch das Vorhandensein einer TP_Methylase-Signatursequenz gekennzeichnet.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges pflanzliches Polynukleotid umfassen, das für eine Uroporphyrin-III-c-Methyltransferase kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Uroporphyrin-III-c-Methyltransferase-Aktivität mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 263 von SEQ ID NO: 94 kodiert.
  • U. Precorrin-6b-Methylasen
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für eine Volllängen-Precorrin-6b-Methylase kodiert, transformiert ist; wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Die Expressionskassette dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, umfassen. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen. die das Gen slr1368 (SEQ ID NO: 95) aus Synechocystis sp., enthalten, verglichen mit Arabidopsis-Kontollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das Gen slr1368 kodiert für eine Precorrin-6b-Methylase, teilweise durch das Vorhandensein einer Methyltransf_12-Signatursequenz gekennzeichnet.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für eine Precorring-6b-Methylase kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit Precorrin-6b-Methylaseaktivität kodiert, wobei das Polypeptid eine Methyltransf_12-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 45 bis 138 von SEQ ID NO: 96 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine Precorrin-6b-Methylase mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 197 von SEQ ID NO: 96 kodiert.
  • V. Decarboxylierende Precorrin-6y-Methylasen
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine transgene Pflanze bereit, die mit einer Expressionskassette, umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid einer decarboxylierenden Precorrin-6y-c5,15-Methyltransferase kodiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze im Vergleich zu einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist. Die Expressionskassette dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls ein isoliertes Polynukleotid umfassen, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert. Wie in Beispiel 2 unten gezeigt, weisen transgene Arabidopsis-Pflanzen, die das Gen sll0099 (SEQ ID NO: 97) aus Synechocystis sp. mit bzw. ohne Targeting an die Mitochondrien enthält, verglichen mit Arabidopsis-Kontrollpflanzen eine erhöhte Biomasse auf. Das Gen sll0099 kodiert für eine decarboxylierende Precorrin-6y-Methylase, teilweise durch das Vorhandensein einer TP_Methylase-Signatursequenz gekennzeichnet.
  • Die transgene Pflanze dieser Ausführungsform kann ein beliebiges Polynukleotid umfassen, das für eine decarboxylierende Precorrin-6y-Methylase kodiert. Vorzugsweise umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit der Aktivität einer decarboxylierenden Precorrin-6y-Methylase kodiert, wobei das Polypeptid eine TP_Methylase-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 195 von SEQ ID NO: 98 umfasst. Am stärksten bevorzugt umfasst die transgene Pflanze dieser Ausführungsform ein Polynukleotid, das für eine decarboxylierende Precorrin-6y-Methylase mit einer Sequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 425 von SEQ ID NO: 98 kodiert.
  • Die Erfindung stellt weiterhin einen Samen bereit, der für die im vorliegenden Text beschriebenen Expressionskassetten (im vorliegenden Text auch als „Transgene” bezeichnet) reinerbig ist, wobei transgene Pflanzen, die aus diesem Samen herangezogen werden, im Vergleich zu einer Wildtypsorte der Pflanze einen erhöhten Ertrag aufweisen. Die Erfindung stellt auch ein Produkt bereit, das von oder aus den transgenen Pflanzen, die das Polynukleotid exprimieren, ihren Pflanzenteilen oder ihren Samen erzeugt wird. Das Produkt kann unter Verwendung von verschiedenen, in der Fachwelt gut bekannten Verfahren erhalten werden. Im vorliegenden Zusammenhang beinhaltet das Wort „Produkt” ein Nahrungsmittel, Futtermittel, einen Nahrungsmittelzusatzstoff, einen Futterzusatzstoff, eine Faser, ein Kosmetikum oder ein Pharmazeutikum, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Nahrungsmittel gelten als Zusammensetzungen, die für die Ernährung oder als Ergänzung der Ernährung eingesetzt werden. Tierfuttermittel und Tierfutterzusatzstoffe insbesondere gelten als Nahrungsmittel. Die Erfindung stellt weiterhin ein Agrarprodukt bereit, das von einer der transgenen Pflanzen, einem der transgenen Pflanzenteile oder einem der transgenen Pflanzensamen gebildet wird. Zu den Agrarprodukten zählen Pflanzenextrakte, Proteine, Aminosäuren, Kohlenhydrate, Fette, Öle, Polymere, Vitamine und dergleichen, was jedoch keine Einschränkung darstellen soll.
  • Die Erfindung stellt auch ein isoliertes Polynukleotid mit einer Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 19; SEQ ID NO: 25; SEQ ID NO: 27; SEQ ID NO: 29; SEQ ID NO: 31; SEQ ID NO: 33; SEQ ID NO: 37; SEQ ID NO: 41; SEQ ID NO: 43; SEQ ID NO: 63; SEQ ID NO: 49; SEQ ID NO: 51; SEQ ID NO: 53; SEQ ID NO: 59; SEQ ID NO: 63; SEQ ID NO: 73, SEQ ID NO: 75, SEQ ID NO: 81, SEQ ID NO: 83, SEQ ID NO: 85 und SEQ ID NO: 87 bereit. Das isolierte Polynukleotid der Erfindung umfasst auch ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 20; SEQ ID NO: 26; SEQ ID NO: 28; SEQ ID NO: 30; SEQ ID NO: 32; SEQ ID NO: 36; SEQ ID NO: 38; SEQ ID NO: 42; SEQ ID NO: 44; SEQ ID NO: 64; SEQ ID NO: 50; SEQ ID NO: 52; SEQ ID NO: 54; SEQ ID NO: 60; SEQ ID NO: 64; SEQ ID NO: 74, SEQ ID NO: 76, SEQ ID NO: 82, SEQ ID NO: 84, SEQ ID NO: 86 und SEQ ID NO: 88 kodiert. Ein Polynukleotid der Erfindung kann mit standardmäßigen molekularbiologischen Techniken und der im vorliegenden Text bereitgestellten Sequenzinformation isoliert werden, zum Beispiel unter Verwendung eines DNA-Syntheseautomaten.
  • Die erfindungsgemäßen isolierten Polynukleotide beinhalten Homologe der Polynukleotide gemäß Tabelle 1. „Homologe” werden im vorliegenden Text als zwei Nukleinsäuren oder Polypeptide mit ähnlichen oder im Wesentlichen identischen Nukleotid- bzw. Aminosäuresequenzen definiert. Homologe beinhalten Allelvarianten, Analoge und Orthologe, wie sie im Folgenden definiert sind. Im folgenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Analoge” auf zwei Nukleinsäuren, die dieselbe oder eine ähnliche Funktion ausüben, die jedoch getrennt in nichtverwandten Organismen im Lauf der Evolution entstanden sind. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Orthologe” auf zwei Nukleinsäuren aus unterschiedlichen Arten, die jedoch im Lauf der Evolution aus einem gemeinsamen Vorfahrengen durch Artbildung entstanden sind. Der Begriff Homolog umfasst weiterhin Nukleinsäuremoleküle, die sich von einer der in Tabelle 1 gezeigten Nukleotidsequenzen aufgrund der Degeneration des genetischen Codes unterscheiden und die so für dasselbe Polypeptid kodieren.
  • Zur Bestimmung des Prozentsatzes der Sequenzidentität von zwei Aminosäuresequenzen (z. B. einer der Polypeptidsequenzen aus Tabelle 1 und einen Homolog davon) werden die Sequenzen für optimale Vergleichszwecke als Alignment untereinander geschrieben (z. B. können für ein optimales Alignment mit dem anderen Polypeptid bzw. der anderen Nukleinsäure „Gaps” in die Sequenz eines Polypeptids eingeführt werden). Die Aminosäurereste an entsprechenden Aminosäurepositionen werden dann miteinander verglichen. Wird eine Position in einer Sequenz von demselben Aminosäurerest wie die entsprechende Position in der anderen Sequenz eingenommen, dann sind die Moleküle an dieser Position identisch. Dieselbe Art von Vergleich kann zwischen zwei Nukleinsäuresequenzen angestellt werden.
  • Vorzugsweise sind die isolierten Aminosäurehomologe, -analoge und -orthologe der Polypeptide der vorliegenden Erfindung mindestens ungefähr 50–60%, vorzugsweise mindestens ungefähr 60-70% und stärker bevorzugt mindestens ungefähr 70–75%, 75–80%, 80–85%, 85–90% oder 90–95% und am stärksten bevorzugt mindestens ungefähr 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr zu einer gesamten in Tabelle 1 identifizierten Aminosäuresequenz identisch. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst ein isoliertes Nukleinsäurehomolog der Erfindung eine Nukleotidsequenz, die mindestens ungefähr 40–60%, vorzugsweise mindestens ungefähr 60-70%, stärker bevorzugt mindestens ungefähr 70–75%, 75–80%, 80–85%, 85–90% oder 90–95% und noch stärker bevorzugt mindestens ungefähr 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder mehr zu einer in Tabelle 1 gezeigten Nukleotidsequenz identisch ist.
  • Für die Zwecke der Erfindung wird der Prozentsatz der Identität zwischen zwei Nukleinsäure- oder Polypeptidsequenzen unter Verwendung von Align 2.0 (Myers and Miller, CABIOS (1989) 4: 11–17), wobei alle Parameter in der Default-Einstellung vorgegeben werden, oder Software-Paket Vector NTI 9.0 (PC) (Invitrogen, 1600 Faraday Ave., Carlsbad, CA92008) bestimmt. Für die mit Vector NTI berechnete Bestimmung des Prozentsatzes der Identität von zwei Nukleinsäuren werden eine „gap opening penalty” von 15 und eine „gap extension penalty” von 6,66 verwendet. Für die Bestimmung des Prozentsatzes der Identität von zwei Polypeptiden werden eine „gap opening penalty” von 10 und eine „gap extension penalty” von 0,1 verwendet. Alle anderen Parameter werden in der Default-Einstellung vorgegeben. Für ein multiples Alignment (Clustal W-Algorithmus) beträgt mit der blosum62-Matrix die „gap opening penalty” 10 und die „gap extension penalty” 0,05. Es ist klar, dass beim Vergleich einer DNA-Sequenz mit einer RNA-Sequenz zwecks Bestimmung der Sequenzidentität ein Thymidinnukleotid einem Uracilnukleotid entspricht.
  • Nukleinsäuremoleküle, die Homologen, Analogen und Orthologen der in Tabelle 1 angeführten Polypeptiden entsprechen, können aufgrund ihrer Identität zu diesen Polypeptiden isoliert werden, und zwar unter Verwendung der Polynukleotide, die für die entsprechenden Polypeptide kodieren, oder hierauf beruhenden Primern als Hybridisierungssonden gemäß Standard-Hybridisierungstechniken unter stringenten Hybridisierungsbedingungen. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff „stringente Bedingungen” in Bezug auf die Hybridisierung für DNA an einem DNA-Blot eine Hybridisierung über Nacht bei 60°C in 10 × Denhart-Lösung, 6 × SSC, 0,5% SDS und 100 μg/ml denaturierter Lachssperma-DNA. Die Blots werden der Reihe nach bei 62°C jeweils 30 Minuten mit 3 × SSC/0,1% SDS und anschließend 1 × SSC/0,1% SDS, und abschließend 0,1 × SSC/0,1% SDS gewaschen. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet die Wendung „stringente Bedingungen” ebenfalls im vorliegenden Zusammenhang eine Hybridisierung in einer 6 × SSC-Lösung bei 65°C. In einer anderen Ausführungsform bezieht sich „hochstringente Bedingungen” auf eine Hybridisierung über Nacht bei 65°C in 10 × Denhart-Lösung, 6 × SSC, 0,5% SDS und 100 μg/ml denaturierter Lachssperma-DNA. Die Blots werden der Reihe nach bei 65°C jeweils 30 Minuten mit 3 × SSC/0,1% SDS und anschließend 1 × SSC/0,1% SDS und abschließend 0,1 × SSC/0,1% SDS gewaschen. Verfahren für Nukleinsäurehybridisierungen sind gut fachbekannt.
  • Die in der Erfindung verwendeten isolierten Polynukleotide können optimiert werden, also genetisch dahingehend verändert werden, dass ihre Expression in einer bestimmten Pflanze oder einem bestimmten Tier erhöht wird. Zur Bereitstellung von für Pflanzen optimierten Nukleinsäuren kann die DNA-Sequenz des Gens dahingehend modifiziert werden, dass: 1) sie von stark exprimierten Pflanzengenen bevorzugte Codons umfasst; 2) sie einen A + T-Gehalt der Nukleotidbasenzusammensetzung umfasst, der im Wesentlichen in Pflanzen angetroffen wird; 3) sie eine Pflanzeninitiationssequenz bildet; 4) sie Sequenzen, die Destabilisierung, unerwünschte Polyadenylierung, Abbau und Termination der RNA verursachen oder die Sekundärstruktur-„Hairpins” oder RNA-Spleißstellen bilden, eliminiert; oder 5) Antisense-orientierte Leseraster eliminiert werden. Die erhöhte Expression von Nukleinsäuren in Pflanzen kann dadurch erzielt werden, dass man die Verteilungshäufigkeit des Codon Usage bei Pflanzen im Allgemeinen oder in einer bestimmten Pflanze verwendet. Verfahren für die Optimierung der Nukleinsäureexpression in Pflanzen finden sich in EPA 0359472 ; EPA 0385962 ; PCT-Anmeldung Nr. WO 91/16432 ; US-Patent Nr. 5,380,831 ; US-Patent Nr. 5,436,391 ; Perlack et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3324–3328; und Murray et al., 1989, Nucleic Acids Res. 17: 477–498.
  • Die Erfindung stellt weiterhin einen rekombinanten Expressionsvektor bereit, der eine Expressionskassette ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus a) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 2; SEQ ID NO: 4; SEQ ID NO: 6; SEQ ID NO: 8 oder SEQ ID NO: 22 kodiert; b) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 oder SEQ ID NO: 14 kodiert; c) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Volllängen-Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus mit einer HTH-DNA-Bindungsdomäne des gntR-Typs umfassend die Aminosäuren 34 bis 53 von SEQ ID NO: 16 kodiert; d) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängenpolypeptid mit einer G3E, P-loop-Domäne umfassend ein Walker-A-Motiv mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 99 und ein GTP-Spezifitätsmotiv mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 100 kodiert; e) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetasepolypeptid umfassend eine AMP-Bindungsdomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 194 bis 205 von SEQ ID NO: 24, den Aminosäuren 202 bis 213 von SEQ ID NO: 26, den Aminosäuren 214 bis 225 von SEQ ID NO: 28, den Aminosäuren 195 bis 206 von SEQ ID NO: 30, den Aminosäuren 175 bis 186 von SEQ ID NO: 32, den Aminosäuren 171 bis 182 von SEQ ID NO: 34, den Aminosäuren 189 bis 200 von SEQ ID NO: 36, den Aminosäuren 201 bis 212 von SEQ ID NO: 38 kodiert; f) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Histon-H4-Polypeptid mit einer G-A-K-R-H (SEQ ID NO: 101)-Signatursequenzdomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 40; den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 56; den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 42 und den Aminosäuren 3 bis 92 von SEQ ID NO: 44 kodiert; g) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, oder einen konstitutiven Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein Polynukleotid, das für ein Volllängen-integrales Membranprotein des SYM1-Typs kodiert; h) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert, ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert, und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Vakuolenprotonenpumpe-Untereinheit-H-Polypeptid kodiert; i) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein F-ATPase-Untereinheit-alpha-Polypeptid umfassend eine ATP-Synthasedomäne ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 356 bis 365 von SEQ ID NO: 62; den Aminosäuren 254 bis 263 von SEQ ID NO: 64 kodiert; j) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter, der fähig ist, die Genexpression in Blättern zu verstärken, kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-F-ATPase-Untereinheit-beta-Polypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 66 kodiert; k) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-ABC-Transporterpolypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 68 kodiert; l) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-PS-I-Untereinheit-psaK-Polypeptid mit einer psaGK-Signatur umfassend die Aminosäuren 56 to 73 von SEQ ID NO: 70 kodiert; m) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Ferredoxinpolypeptid umfassend eine Fer2-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 11 bis 87 von SEQ ID NO: 72; den Aminosäuren 12 bis 88 von SEQ ID NO: 74; den Aminosäuren 63 bis 139 von SEQ ID NO: 76 kodiert; n) einer Expressionskassette umfassend; in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Flavodoxinpolypeptid mit einer Flavidoxin_1-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 6 bis 160 von SEQ ID NO: 78 kodiert; o) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-PS-I-psaF-Polypeptid umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86 und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88 kodiert; p) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Cytochrom c553(petJ)-Polypeptid mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 38 bis 116 von SEQ ID NO: 90 kodiert; q) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Mitochondrientransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-PS-II-W(PsbW)-Polypeptid mit einer Cytochrom-C-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 5 bis 120 von SEQ ID NO: 92 kodiert; r) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Uroporphyrin-III-c-Methyltransferase(CobA)-Polypeptid mit einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 92 kodiert; s) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Volllängen-Precorrin-6b-Methylasepolypeptid mit einer Methyltransf_12-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 45 bis 138 von SEQ ID NO: 96 kodiert; und t) einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter kodiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für eine Volllängen-decarboxylierende Precorrin-6y-c5,15-Methyltransferase mit einer TP_Methylase-Signatursequenz umfassend die Aminosäuren 1 bis 195 von SEQ ID NO: 98 kodiert, umfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der rekombinante Expressionsvektor der Erfindung ein isoliertes Polynukleotid mit einer Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 19; SEQ ID NO: 25; SEQ ID NO: 27; SEQ ID NO: 29; SEQ ID NO: 31; SEQ ID NO: 33; [SEQ ID NO: 35?] SEQ ID NO: 37; SEQ ID NO: 41; SEQ ID NO: 43; SEQ ID NO: 63; SEQ ID NO: 49; SEQ ID NO: 51; SEQ ID NO: 53; [SEQ ID NO: 55?] SEQ ID NO: 59; SEQ ID NO: 63; SEQ ID NO: 73, SEQ ID NO: 75, SEQ ID NO: 81, SEQ ID NO: 83, SEQ ID NO: 85 und SEQ ID NO: 87. Weiterhin umfasst der rekombinante Expressionsvektor der Erfindung ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO: 20; SEQ ID NO: 26; SEQ ID NO: 28; SEQ ID NO: 30; SEQ ID NO: 32; SEQ ID NO: 36; SEQ ID NO: 38; SEQ ID NO: 42; SEQ ID NO: 44; SEQ ID NO: 64; SEQ ID NO: 50; SEQ ID NO: 52; SEQ ID NO: 54; SEQ ID NO: 60; SEQ ID NO: 64; SEQ ID NO: 74, SEQ ID NO: 76, SEQ ID NO: 82, SEQ ID NO: 84, SEQ ID NO: 86 und SEQ ID NO: 88 kodiert.
  • Der rekombinante Expressionsvektor der Erfindung beinhaltet eine oder mehrere Regulationssequenzen, die je nach den für die Expression verwendeten Wirtszellen ausgewählt ist/sind und die mit dem zu exprimierenden isolierten Polynukleotid operativ verknüpft ist/sind. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet „operativ assoziiert” oder „operativ verknüpft” in Bezug auf einen kombinanten Expressionsvektor, dass das interessierende Polynukleotid mit der/den Regulationssequenz(en) so verknüpft ist, dass, wenn der Vektor in die Wirtszelle (z. B. in eine bakterielle oder pflanzliche Wirtszelle) eingeführt wird, das Polynukleotid exprimiert werden kann. Der Begriff „Regulationssequenz” soll Promoter, Enhancer und andere Expressionskontrollelemente (z. B. Polyadenylierungssignale) beinhalten.
  • Solch eine Kombination von einer oder mehreren Regulationssequenzen, die je nach den für die Expression verwendeten Wirtszellen ausgewählt wird/werden und die mit dem Polynukleotid operativ verknüpft ist/sind, ist in der Fachwelt als die typischen Elemente einer „Expressionskassette” bekannt. Solch eine Expressionskassette kann weiterhin eine wie unten definierte Chloroplasten- oder Mitochondrientransitsequenz, die mit dem Polynukleotid verknüpft ist, enthalten. Expressionskassetten werden in der Fachwelt häufig als „Konstrukte” beschrieben, und die beiden Begriffe werden im vorliegenden Text gleichwertig verwendet.
  • Wie oben ausgeführt, werden in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung Promoter eingesetzt, die fähig sind, die Genexpression in Blättern zu verbessern. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Promoter um einen blattspezifischen Promoter. In diesen Ausführungsformen der Erfindung kann jeder beliebige blattspezifische Promoter eingesetzt werden. Viele solche Promoter sind bekannt, zum Beispiel der USP-Promoter aus Vicia faba (Baeumlein et al. (1991) Mol. Gen. Genet. 225, 459–67), Promoter von lichtinduzierbaren Genen, wie von der Ribulose-1.5-bisphosphatcarboxylase (rbcS-Promoter), Promoter von Genen, die für Chlorophyll-a/b-Bindungsproteine (Cab) kodieren, die Rubisco-Activase, die B-Untereinheit der Chloroplasten-Glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase aus A. thaliana (Kwon et al. (1994) Plant Physiol. 105, 357–67) und sonstige blattspezifische Promoter, wie diejenigen, die bei Aleman, I. (2001) Isolation and characterization of leafspecific promoters from alfalfa (Medicago sativa), Masters Thesis, New Mexico State University, Los Cruces, NM, identifiziert sind.
  • In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird ein wurzel- oder sprossspezifischer Promoter eingesetzt. So führt zum Beispiel der Super-Promoter zu einem hohen Expressionsniveau in sowohl Wurzel als auch Sprossen (Ni et al. (1995) Plant J. 7: 661–676). Zu weiteren wurzelspezifischen Promotern zählen, jedoch ohne Einschränkung, der TobRB7-Promoter (Yamamoto et al. (1991) Plant Cell 3, 371–382), der roID-Promoter (Leach et al. (1991) Plant Science 79, 69–76); die CaMV-35S-Domäne A (Benfey et al. (1989) Science 244, 174–181) und dergleichen.
  • In anderen Ausführungsformen wird ein konstitutiver Promoter eingesetzt. Konstitutive Promoter sind unter den meisten Bedingungen aktiv. Zu Beispielen von konstitutiven Promotern, die sich für die Verwendung in diesen Ausführungsformen eignen, zählen der Petersilie-Ubiquitinpromoter, der in WO 2003/102198 (SEQ ID NO: 102) beschrieben ist, der CaMV-19S- und -35S-Promoter, der sX-CaMV-35S-Promoter, der Sep1-Promoter, der Reis-Actin-Promoter, der Arabidopsi-Actin-Promoter, der Mais-Ubiquitinpromoter, pEmu, der Figwort Mosaic Virus 35S-Promoter, der Smas-Promoter, der „Super-Promoter” ( US-Patent Nr. 5,955,646 ), der GRP1-8-Promoter, der Cinnamylalkoholdehydrogenase-Promoter ( US-Patent Nr. 5,683,439 ), Promoter der T-DNA von Agrobacterium, wie Mannopinsynthase-Promoter, Nopalinsynthase-Promoter und Octopinsynthase-Promoter, und der Promoter der kleinen Untereinheit der Ribulosebisphosphatcarboxylase (ssuRUBISCO) und dergleichen.
  • Gemäß der Erfindung bezieht sich eine Chloroplastentransitsequenz auf eine Nukleotidsequenz, die für ein Chloroplastentransitpeptid kodiert. Chloroplasten-Targeting-Sequenzen sind fachbekannt; dazu zählen die chloroplastidäre kleine Untereinheit der Ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase (Rubisco) (de Castro Silva Filho et al. (1996) Plant Mol. Biol. 30: 769–780; Schnell et al. (1991) J. Biol. Chem. 266(5): 3335–3342); die 5-(Enolpyruvyl)shikimate-3-phosphatsynthase (EPSPS) (Archer et al. (1990) J. Bioenerg. Biomemb. 22(6): 789–810); die Tryptophansynthase (Zhao et al. (1995) J. Biol. Chem. 270(11): 6081–6087); Plastocyanin (Lawrence et al. (1997) J. Biol. Chem: 272(33): 20357–20363); die Chorismatsynthase (Schmidt et al. (1993) J. Biol. Chem. 268(36): 27447–27457); Ferredoxin (Jansen et al. (1988) Curr. Genetics 13: 517–522) (SEQ ID NO: 111); die Nitritreduktase (Back et al. (1988) MGG 212: 20–26) und das Light Harvesting Chlorophyll a/b Bindungsprotein (LHBP) (Lamppa et al. (1988) J. Biol. Chem. 263: 14996–14999). Siehe auch Von Heijne et al. (1991) Plant Mol. Biol. Rep. 9: 104–126; Clark et al. (1989) J. Biol. Chem. 264: 17544–17550; Della-Cioppa et al. (1987) Plant Physiol. 84: 965–968; Romer et al. (1993) Biochem. Biophys. Res. Commun. 196: 1414–1421; und Shah et al. (1986) Science 233: 478–481.
  • Wie im vorliegenden Text definiert bezieht sich eine Mitochondrientransitsequenz auf eine Nukleotidsequenz, die für eine mitochondriale Präsequenz kodiert und das Protein zu den Mitochondrien dirigiert. Zu Beispielen für mitochondriale Präsequenzen zählen Gruppen bestehend aus ATPase-Untereinheiten, ATP-Synthase-Untereinheiten, Rieske-FeS-Protein, Hsp60, Malatdehydrogenase, Citratsynthase, Aconitase, Isocitratdehydrogenase, Pyruvatdehydrogenase, Malik-Enzym, Glycindecarboxylase, Serinhydroxymethyltransferase, Isovaleryl-CoA-dehydrogenase und Superoxiddismutase. Solche Transitpeptide sind fachbekannt. Siehe zum Beispiel Von Heijne et al. (1991) Plant Mol. Biol. Rep. 9: 104–126; Clark et al. (1989) J. Biol. Chem. 264: 17544–17550; Romer et al. (1993) Biochem. Biophys. Res. Commun. 196: 1414–1421; Faivre-Nitschke et al. (2001) Eur. J. Biochem. 268 1332–1339; Däschner et al. (1999) 39; 1275–1282 (SEQ ID NO: 109 und SEQ ID NO: 107); und Shah et al. (1986) Science 233: 478–481.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in Tabelle 1 angeführten Polynukleotide in Pflanzenzellen von höheren Pflanzen (z. B. den Spermatophyten, wie Kulturpflanzen) exprimiert. Ein Polynukleotid kann auf unterschiedliche Art und Weise in eine Pflanze „eingeführt” werden, darunter Transfektion, Transformation oder Transduktion, Elektroporation, Beschuss mit der Genkanone, Agroinfektion und dergleichen. Geeignete Verfahren für die Transformation oder Transfektion von Pflanzenzellen sind zum Beispiel unter der Verwendung der Genkanone gemäß US-Patent Nr. 4,945,050 ; 5,036,006 ; 5,100,792 ; 5,302,523 ; 5,464,765 ; 5,120,657 ; 6,084,154 und dergleichen beschrieben. Stärker bevorzugt kann der erfindungsgemäße transgene Maissamen unter Verwendung der Agrobacterium-Transformation wie in US-Pat. Nr. 5,591,616 ; 5,731,179 ; 5,981,840 ; 5,990,387 ; 6,162,965 ; 6,420,630 , der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002/0104132 und dergleichen beschrieben erzeugt werden. Die Transformation von Sojabohnen kann zum Beispiel unter Verwendung einer der Techniken durchgeführt werden, die in dem europäischen Patent Nr. EP 0424047 , dem US-Patent Nr. 5,322,783 , dem europäischen Patent Nr. EP 0397 687 , dem US-Patent Nr. 5,376,543 oder dem US-Patent Nr. 5,169,770 beschrieben werden. Ein spezifisches Beispiel für die Weizentransformation findet sich in der PCT-Anmeldung Nr. WO 93/07256 . Baumwolle kann unter Verwendung der in den US-Patenten Nr. 5,004,863 ; 5,159,135 ; 5,846,797 und dergleichen beschriebenen Verfahren transformiert werden. Reis kann unter Verwendung der in den US-Patenten Nr. 4,666,844 ; 5,350,688 ; 6,153,813 ; 6,333,449 ; 6,288,312 ; 6,365,807 ; 6,329,571 und dergleichen beschriebenen Verfahren transformiert werden. Canola kann zum Beispiel unter Verwendung von Methoden, wie sie in den US-Patenten Nr. 5,188,958 , 5,463,174 ; 5,750,871 ; EP 1566443 ; WO 02/00900 und dergleichen beschrieben werden, transformiert werden. Andere Verfahren für die Transformation von Pflanzen werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,932,782 ; 6,153,811 ; 6,140,553 ; 5,969,213 ; 6,020,539 und dergleichen beschrieben. Für die Insertion eines Transgens in eine bestimmte Pflanze kann erfindungsgemäß jegliches geeignete Verfahren für die Transformation von Pflanzen verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das eingeführte Polynukleotid in der Pflanzenzelle stabil aufrechterhalten werden, wenn es in ein nichtchromosomales autonomes Replikon eingebaut wird oder wenn es in die pflanzlichen Chromosomen integriert wird. Alternativ dazu kann das eingeführte Polynukleotid auf einem extrachromosomalen nichtreplizierenden Vektor vorliegen und kann transient exprimiert werden oder transient aktiv sein.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer transgenen Pflanze umfassend mindestens ein Polynukleotid gemäß Tabelle 1, wobei die Expression des Polynukleotids in der Pflanze zu einem erhöhten Wachstum und/oder Ertrag der Pflanze unter normalen Bedingungen oder wasserlimitierten Bedingungen und/oder einer erhöhten Toleranz gegenüber einem Umweltstress im Vergleich zu einer Wildtypsorte der Pflanze führt, umfassend die folgenden Schritte: (a) Einführen einer oben beschriebenen Expressionskassette in eine Pflanzenzelle, und (b) ausgehend von der transformierten Pflanzenzelle Erzeugen einer transgenen Pflanze; und Selektieren von Pflanzen mit höherem Ertrag aus den regenerierten Pflanzenzellen. Bei der Pflanzenzelle kann es sich um einen Protoplasten, eine gametenproduzierende Zelle bzw. eine Zelle, die sich zu einer ganzen Pflanze regeneriert, handeln, was jedoch keine Einschränkung darstellen soll. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „transgen” auf eine beliebige Pflanze, eine beliebige Pflanzenzelle, einen beliebigen Kallus, ein beliebiges Pflanzengewebe oder einen beliebigen Pflanzenteil, der/die/das die oben beschriebene Expressionskassette enthält. Erfindungsgemäß ist die Expressionskassette stabil in ein Chromosom oder ein stabiles extrachromosomales Element eingebaut, so dass sie an Folgegenerationen vererbt wird.
  • Die Auswirkung der genetischen Modifikation auf das Wachstum und/oder den Ertrag und/oder die Stresstoleranz der Pflanze kann dadurch beurteilt werden, dass man die modifizierte Pflanze unter normalen und/oder suboptimalen Bedingungen heranzieht und dann die Wachstumseigenschaften und/oder den Stoffwechsel der Pflanze analysiert. Solche Analysetechniken sind dem Fachmann gut bekannt; dazu zählen Trockengewicht, Feuchtgewicht, Samengewicht, Samenanzahl, Polypeptidsynthese, Kohlenhydratsynthese, Lipidoynthese, Evapotranspirationsraten, allgemeiner Pflanzen- und/oder Kulturpflanzenertrag, Blüte, Reproduktion, Samenansatz, Wurzelwachstum, Respirationsraten, Photosyntheseraten, Stoffwechselproduktzusammensetzung usw.
  • Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert, die nicht dahingehend anzusehen sind, dass sie den Erfindungsumfang auf irgendeine Weise einschränken.
  • BEISPIEL 1
  • Charakterisierung der Gene
  • Die Gene B0821 (SEQ ID NO: 1), B1187 (SEQ ID NO: 15), B2173 (SEQ ID NO: 17), B2668 (SEQ ID NO: 3), B2670 (SEQ ID NO: 21), B3362 (SEQ ID NO: 5), B3555 (SEQ ID NO: 7), SLL1911 (SEQ ID NO: 9), SLR1062 (SEQ ID NO: 11), YBR222C (SEQ ID NO: 23), YDL193W (SEQ ID NO: 13), YNL030W (SEQ ID NO: 39), YLR251W (SEQ ID NO: 45), YPRO36W (SEQ ID NO: 57), SLL1326 (SEQ ID NO: 61), SLR1329 (SEQ ID NO: 65), SLR0977 (SEQ ID NO: 67), ssr0390 (SEQ ID NO: 69), sll1382 (SEQ ID NO: 71), sll0248 (SEQ ID NO: 77), sll0819 (SEQ ID NO: 79), sll1796 (SEQ ID NO: 89), slr1739 (SEQ ID NO: 91), sll0378 (SEQ ID NO: 93), slr1368 (SEQ ID NO: 95) und sll0099 (SEQ ID NO: 97) wurden unter Verwendung von standardmäßigen Rekombinationstechniken kloniert. Die Funktionalität von jedem Gen wurde dadurch vorhergesagt, dass man die Aminosäuresequenz des Gens mit anderen Genen mit bekannter Funktionalität verglich. Homologe cDNAs wurden unter Verwendung von bekannten Verfahren aus offiziellen Bibliotheken der jeweiligen Arten isoliert. Die Sequenzen wurden unter Verwendung von Bioinformatikanalysen verarbeitet und annotiert. Das Ausmaß der Aminosäureidentität und -ähnlichkeit der isolierten Sequenzen mit dem jeweiligen nächsten bekannten öffentlichen Sequenzen wurden bei der Selektion der homologen Sequenzen wie unten beschrieben verwendet. Es wurde der „Pairwise Comparison” verwendet: gap penalty: 11; gap extension penalty: 1; score matrix: blosum62.
  • B2173 (SEQ ID NO: 17) ist ein Gen für ein Nukleotidbindungsdomänenprotein. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen Datenbanken von vorhergesagten Sojabohnen-Aminosäuresequenzen bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurde jeweils ein Homolog aus der Sojabohne und dem Mais identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 1 gezeigten Alignments angegeben.
  • Die Volllängen-DNA-Sequenz von YBR222C (SEQ ID NO: 23) kodiert für eine Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetase aus S. cerevisiae. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen Datenbanken von Canola-, Sojabohnen-, Reis- und Mais-cDNAs bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurden drei Homologe aus Canola und vier aus der Sojabohne identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 2 gezeigten Alignments angegeben.
  • Die Volllängen-DNA-Sequenz von YNL030W (SEQ ID NO: 39) kodiert für ein Histon H4 aus S. cerevisiae. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen Datenbanken von Reis- und Lein-cDNAs bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurden jeweils ein Homolog aus dem Reis und aus Lein identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 3 gezeigten Alignments angegeben.
  • Bei YLR251W (SEQ ID NO: 45) handelt es sich um ein integrales Membranprotein des SYM1-Typs. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen Datenbanken von vorhergesagten Aminosäuresequenzdatenbanken von Canola, Gerste, Sojabohne, Lein und Reis bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al.; supra). Es wurde jeweils ein Homolog aus jeder Bibliothek identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 4 gezeigten Alignments angegeben.
  • Bei YPR036W (SEQ ID NO: 57) handelt es sich um ein Protein der Untereinheit H der Vakuolenprotonenpumpe. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit einer offiziellen vorhergesagten Aminosäuresequenzdatenbank von Canola bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurde ein Homolog aus Canola identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 5 gezeigten Alignments angegeben.
  • Bei SLL1326 (SEQ ID NO: 61) handelt es sich um ein Protein der ATP-Synthase-Untereinheit α. Mit der vorhergesagten Volllängen-Aminosäuresequenz dieses Gens wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen vorhergesagten Aminosäuresequenzdatenbanken bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurde ein Homolog aus der Lein-Bibliothek identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 6 gezeigten Alignments angegeben.
  • Das Gen sll1382 (SEQ ID NO: 71) kodiert in Synechocystis sp. für Ferredoxin. Mit der Volllängen-Aminosäuresequenz von sll1382 wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen cDNA-Datenbanken bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurde ein Homolog aus Canola und ein Homolog aus der Sojabohne identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 7 gezeigten Alignments angegeben.
  • Das Gen sll0819 (SEQ ID NO: 79) kodiert in Synechocystis sp. für die Untereinheit III des Reaktionszentrums des Fotosystems I. Mit der Volllängen-Aminosäuresequenz von sll0819 wurde ein Blast-Vergleich mit offiziellen cDNA-Datenbanken bei einem e-Wert von e–10 durchgeführt (Altschul et al., supra). Es wurden zwei Homologe aus Canola und zwei Homologe aus der Sojabohne identifiziert. Die Aminosäureverwandtschaft dieser Sequenzen ist in den in 8 gezeigten Alignments angegeben.
  • BEISPIEL 2
  • Überexpression von ausgewählten Genen in Pflanzen
  • Die Polynukleotide von Tabelle 1 wurden unter Verwendung von bekannten Verfahren in eine Expressionskassette ligiert. Für die Kontrolle der Expression der Transgene in Arabidopsis wurden drei unterschiedliche Promoter verwendet: der USP-Promoter aus Vicia faba (SEQ ID NO: 104) wurde für die Expression von Genen von E. coli oder Cyanobakterien oder SEQ ID NO: 105 wurde für die Expression von Genen von S. cerevisia) verwendet; der Superpromoter (SEQ ID NO: 103), und der Petersilie-Ubiquitin-Promoter (SEQ ID NO: 102). Für das selektive Targeting der Polypeptide wurde das Mitochondrientransitpeptid aus einem A. thaliana-Gen, das für die mitochondrielle isovaleryl-CoA-Dehydrogenase mit der Bezeichnung „Mito” in den Tabellen 8, 9, 12, 13, 15–18, 20–25 und 27 kodiert. SEQ ID NO: 107 wurde für die Expression von Genen aus E. coli und Cyanobakterien verwendet oder SEQ ID NO: 109 wurde für die Expression von Genen aus S. cerevisiae verwendet. Weiterhin wurde für die Expression mit Targeting das Chloroplastentransitpeptid eines Spinacia oleracea-Gens, das für die Ferredoxinnitritreduktase kodiert, mit der Bezeichnung „Chlor” in den Tabellen 6, 14, 16, 17, 19–23 und 25 (SEQ ID NO: 111) verwendet.
  • Der Arabidopsis-Ökotyp C24 wurde mit Konstrukten, die die in Beispiel 1 beschriebenen Gene enthielten, unter Verwendung von bekannten Verfahren transformiert. Samen der transformierten T2-Pflanzen wurde dann entsprechend dem Promoter, der die Expression vorantreibt, der Art, die das Ausgangsmaterial für das Gen bildet, und der Art des Targeting (an die Chloroplasten, die Mitochondrien bzw. keinesletzteres bedeutet, dass keine zusätzlichen Targeting-Signale hinzugefügt wurden) geramscht. Die Samenramsche wurden im Primär-Screening auf Biomasse unter gut bewässerten Wachstumsbedingungen und unter wasserlimitierten Wachstumsbedingungen verwendet. Hits von Ramschen im Primär-Screening wurden selektiert, es wurde eine molekulare Analyse durchgeführt und die Samen wurden gewonnen. Die gewonnenen Samen wurden dann für die Analyse im Sekundär-Screening verwendet, wo eine größere Anzahl Individuen für jedes transgene Event analysiert wurde. Wenn Pflanzen von einem Konstrukt im Sekundär-Screening dahingehend identifiziert wurden, dass sie verglichen mit den Kontrollen eine erhöhte Biomasse aufwiesen, wurde es zum Tertiär-Screening weitergeleitet. Bei diesem Screening wurden über 100 Pflanzen von allen transgenen Events für dieses Konstrukt unter gut bewässerten Wachstumsbedingungen und unter Trockenheitswachstumsbedingungen vermessen. Die Daten von den transgenen Pflanzen wurden mit Wildtyp-Arabidopsis-Pflanzen oder mit Pflanzen, die von einem Ramsch zufällig ausgewählter transgener Arabidopsis-Samen herangezogen wurden, unter Verwendung von statistischen Standardmethoden verglichen.
  • Die Pflanzen, die unter guten Bewässerungsbedingungen herangezogen wurden, wurden zweimal pro Woche bis zur Sättigung des Bodens bewässert. Mit einem im Handel erhältlichen Imaging-System wurden am 17. und 21. Tag von den transgenen Pflanzen Bilder aufgenommen. Alternativ dazu wurden die Pflanzen unter wasserlimitierten Wachstumsbedingungen herangezogen, und zwar dadurch, dass man selten bis zur Sättigung des Bodens bewässerte, wodurch der Boden zwischen den Bewässerungsbehandlungen austrocknen konnte. In diesen Versuchen wurde am 0., 8. und 19. Tag nach dem Aussäen bewässert. Bilder der transgenen Pflanzen wurden am 20. und 27. Tag unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Imaging-Systems aufgenommen.
  • Zum Vergleichen der Bilder der transgenen Pflanzen und der Kontrollpflanzen, die in demselben Versuch herangezogen wurden, verwendete man eine Image-Analyse-Software. Mit den Bildern wurde die relative Größe oder Biomasse der Pflanzen als Pixel und die Farbe der Pflanzen als das Verhältnis von Dunkelgrün zu der Gesamtfläche bestimmt. Das letztgenannte Verhältnis, das als Gesundheitsindex bezeichnet wird, war ein Maß für die relative Chlorophyllmenge in den Blättern und daher das relative Ausmaß an Blattseneszenz oder Vergilbung und wurde nur am 27. Tag aufgenommen. Zwischen den transgenen Pflanzen, die die verschiedenen Gene enthalten, besteht aufgrund von unterschiedlichen Stellen der DNA-Insertion und anderen Faktoren, die einen Einfluss auf das Niveau oder das Muster der Genexpression ausüben, eine Variation.
  • Die Tabellen 2 bis 27 zeigen den Vergleich der Messungen der Arabidopsis-Pflanzen. Die prozentuale Veränderung bezeichnet das Maß der transgenen Pflanzen im Vergleich zu den Kontrollpflanzen als Prozentsatz der Kontrolle nichttransgener Pflanzen; der p-Wert ist die statistische Signifikanz des Unterschieds zwischen den transgenen Pflanzen und den Kontrollpflanzen auf Grundlage eines T-Test-Vergleichs von allen unabhängigen Events, wobei NS nicht signifikant auf dem 5%-Wahrscheinlichkeitsniveau bedeutet; Anz. Events bezeichnet die Gesamtzahl der unabhängigen transgenen Events, die in dem Versuch getestet wurden; positive Events bezeichnet die Gesamtzahl der unabhängigen transgenen Events, die in dem Versuch größer als die Kontrolle waren; negative Events bezeichnet die Gesamtzahl der unabhängigen transgenen Events, die in dem Versuch kleiner als die Kontrolle waren. NS bedeutet nicht signifikant auf dem 5%-Wahrscheinlichkeitsniveau.
  • A. Unbekannte Proteine ohne Targeting
  • Das Protein mit der Bezeichnung B0821 (SEQ ID NO: 2) wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die B0821-Expression unter der Kontrolle des Super-Promoters kontrolliert wird und keine exogene Targeting-Sequenz zu SEQ ID NO: 2 hinzugefügt wird, exprimiert. In Tabelle 2 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 2
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B0821 Keines Biomasse am 20. Tag C24 –0,50 0,8531 7 4 3
    B0821 Keines Biomasse am 27. Tag C24 2,46 0,4884 7 5 2
    B0821 Keines Gesundheitsindex C24 –5,56 0,0115 7 1 6
    B0821 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 9,11 0,0086 7 6 1
    B0821 Keines Biomasse am Tag Super Pool 22,84 0,0000 7 5 2
    B0821 Keines Gesundheitsindex Super Pool –1.35 0,5720 7 3 4
  • Tabelle 2 zeigt, dass Arabidopsis-Pflanzen, die B0821 (SEQ ID NO: 2) exprimieren und die unter wasserlimitierenden Bedinungen herangezogen wurden, am 27. Tag signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die B0821 (SEQ ID NO: 2) nicht exprimierten. Tabelle 2 zeigt auch, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren.
  • Das B2668-Gen (SEQ ID NO: 4), das für ein Protein mit unbekannter Funktion kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem Super-Promoter kontrolliert wird, exprimiert. In Tabelle 3 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 3
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B2668 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 –4,35 0,2162 7 3 4
    B2668 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 20,39 0,0000 6 6 0
    B2668 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 –1,39 0,6577 7 3 4
    B2668 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 19,06 0,0000 6 6 0
    B2668 Keines Gesundheitsindex MTXC24 –3,17 0,1154 7 1 6
    B2668 Keines Gesundheitsindex MTXC24 0,49 0,8515 6 3 3
    B2668 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 18,92 0,0000 7 7 0
    B2668 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 9,96 0,0007 6 6 0
    B2668 Keines Biomasse am 27. Tag Super Pool 14,79 0,0001 7 7 0
  • Aus Tabelle 3 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die unter wasserlimitierenden Bedingungen heranzgezogen wurden, in zwei von drei Versuchen signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren. Aus Tabelle 3 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren.
  • Das B3362-Gen (SEQ ID NO: 6), das für ein Protein mit unbekannter Funktion kodiert, wude in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem Super-Promoter kontrolliert ist, exprimiert. In Tabelle 4 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 4
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B3362 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 24,91 0,0000 7 7 0
    B3362 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 14,45 0,0015 7 5 2
    B3362 Keines Gesundheitsindex MTXC24 11,97 0,0000 7 6 1
    B3362 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 35,78 0,0000 7 7 0
    B3362 Keines Biomasse Super Pool 11,81 0,0069 7 5 2
    B3362 Keines Gesundheitsindex Super Pool 11,90 0,0000 7 6 1
  • Aus Tabelle 4 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzenexpression von B3362 (SEQ ID NO: 6) signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus Tabelle 4 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin verstärkte dieses Konstrukt signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden.
  • Das B3555-Gen (SEQ ID NO: 8), das für ein Protein mit unbekannter Funktion kodiert, wude in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem Super-Promoter kontrolliert ist, exprimiert. In Tabelle 5 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 5
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B3555 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 –2,15 0,5969 6 2 4
    B3555 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 8,93 0,0388 6 4 2
    B3555 Keines Gesundheitsindex MTXC24 0,16 0,9248 6 3 3
    B3555 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 5,91 0,2049 6 3 3
    B3555 Keines Biomasse am 27. Tag Super Pool 10,16 0,0273 6 5 1
    B3555 Keines Gesundheitsindex Super Pool 3,49 0,0450 6 4 2
  • Aus Tabelle 5 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die B3555 (SEQ ID NO: 8) exprimieren, signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus Tabelle 5 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin verstärkte dieses Konstrukt im Vergleich zu den Super-Ramsch-Kontrollen signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden.
  • B. Unbekannte Proteine mit Targeting-Antiplastiden
  • Das SLL1911-Gen (SEQ ID NO: 10), das für ein Protein mit unbekannter Funktion kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei Konstrukten, bei denen die Transkription vom PcUbi-Promoter kontrolliert wird, exprimiert. In einem Konstrukt wurde ein Chloroplasten-Targeting-Peptid operativ mit SEQ ID NO: 10 verknüpft, während das andere Konstrukt kein exogenes Targeting-Peptid aufweist. In Tabelle 6 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 6
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    SLL1911 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 –38,77 0,0000 4 0 4
    SLL1911 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 –19,00 0,0000 4 0 4
    SLL1911 Keines Gesundheitsindex MTXC24 –15,09 0,0000 4 0 4
    SLL1911 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool –31,02 0,0000 4 0 4
    SLL1911 Keines Biomasse am 27. Tag Super Pool –13,85 0,0002 4 0 4
    SLL1911 Keines Gesundheitsindex Super Pool –12,79 0,0000 4 0 4
    SLL1911 Chlor Biomasse am 20. Tag MTXC24 21,96 0,0000 6 5 1
    SLL1911 Chlor Biomasse am 27. Tag MTXC24 17,60 0,0014 6 5 1
    SLL1911 Chlor Gesundheitsindex MTXC24 14,17 0,0006 6 4 2
    SLL1911 Chlor Biomasse am 20. Tag Super Pool 11,83 0,0019 6 5 1
    SLL1911 Chlor Biomasse am 27. Tag Super Pool 15,71 0,0039 6 5 1
    SLL1911 Chlor Gesundheitsindex Super Pool 4,44 0,2497 6 4 2
  • Aus Tabelle 6 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die SLL1911 (SEQ ID NO: 10) exprimieren, signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn bei SLL1911 ein Targeting an den Chloroplasten stattfand und die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen heranzgezogen wurden. Aus Tabelle 6 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren, wenn bei SLL1911 ein Targeting an die Chloroplasten erfolgte. Außerdem erhöhte das Konstrukt, bei dem ein exogenes Chloroplasten-Targeting-Peptid operativ mit SLL1911 verknüpft war, signifikant die grüne Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus diesen Daten geht hervor, dass, wenn SLL1911 operativ mit einem Chloroplasten-Targeting-Peptid verknüpft war, die Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass ein geringerer Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen. Im Gegensatz dazu waren, wenn die Pflanzen, die eine Version von SLL1911, der ein exogenes Chloroplasten-Targeting-Peptid fehlte, exprimierten, die entstandenen transgenen Pflanzen verglichen mit Kontrollpflanzen, die unter denselben wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden, signifikant kleiner und wiesen eine signifikant schwächere grüne Farbe auf. Zusammengenommen legen diese Beobachtungen nahe, dass die subzelluläre Lokalisierung von SLL1911 für das Erhöhen der Größe und der Menge der grünen Farbe in den transgenen Pflanzen, die das SLL1911-Gen exprimieren, essentiell ist.
  • Das SLR1062-Gen (SEQ ID NO: 12), das für ein Protein mit unbekannter Funktion kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem PcUbi-Promoter kontrolliert ist, exprimiert. In Tabelle 7 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 7
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    SLR1062 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 –1,10 0,8087 6 4 2
    SLR1062 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 50,34 0,0000 5 5 0
    SLR1062 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 16,66 0,0009 6 5 1
    SLR1062 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 32,27 0,0000 5 4 1
    SLR1062 Keines Gesundheitsindex MTXC24 –15,63 0,0000 6 6
    SLR1062 Keines Gesundheitsindex TMXC24 20,67 0,0000 5 4 1
    SLR1062 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 8,74 0,0716 5 4 1
    SLR1062 Keines Biomasse am 27. Tag Super Pool 7,63 0,0340 5 4 1
    SLR1062 Keines Gesundheitsindex Super Pool 8,62 0,0524 5 3 2
  • Aus Tabelle 7 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die SLR1062 (SEQ ID NO: 12) exprimierten, im Allgemeinen signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus Tabelle 7 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin verstärkte dieses Konstrukt in zwei von drei Beobachtungen signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus diesen Daten geht hervor, dass die Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass weniger Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen.
  • C. Undecaprenylpyrophosphatsynthetase
  • Das YDL193W-Gen (SEQ ID NO: 14), das für ein mutmaßliches Undecaprenylpyrophosphatsynthetaseprotein kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem USP-Promoter kontrolliert wird und das von dem entstandenen Transkript translatierte Polypeptid operativ mit einem Mitochondrien-Trageting-Peptid verknüpft ist, exprimiert. In Tabelle 8 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 8
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    YDL193W Mito Biomasse am 20. Tag MTXC24 12,18 0,0014 7 6 1
    YDL193W Mito Biomasse am 27. Tag MTXC24 9,45 0,0017 7 5 2
    YDL193W Mito Gesundheitsindex MTXC24 3,05 0,3250 7 5 2
    YDL193W Mito Biomasse am 20. Tag Super Pool 19,13 0,0000 7 6 1
    YDL193W Mito Biomasse am 27. Tag Super Pool 13,66 0,0000 7 6 1
    YDL193W Mito Gesundheitsindex Super Pool 10,90 0,0024 7 6 1
  • Aus Tabelle 8 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die YDL193W (SEQ ID NO: 14) exprimieren, signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus Tabelle 8 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin verstärkte dieses Konstrukt signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Die höhere Menge der grünen Farbe zeigt, dass die erzeugten Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass der Chlorophyllabbau geringer war als bei den Kontrollpflanzen.
  • D. Mutmaßlicher Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus
  • Der mutmaßliche Transkriptionsregulator des Fettsäuremetabolismus mit der Bezeichnung B1187 (SEQ ID NO: 16) wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts exprimiert, bei dem die Expression des Transkriptionsregulators des Fettsäuremetabolismus von dem USP-Promoter kontrolliert wird und mit dem Transkrptionsregualtor des Fettsäuremetabolismus ein Targeting an die Mitochondrien erfolgt. In Tabelle 9 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 9
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B1187 Mito Biomasse am 20. Tag MTXC24 29,94 0,0000 6 5 1
    B1187 Mito Biomasse am 27. Tag MTXC24 13,57 0,0009 6 4 2
    B1187 Mito Gesundheitsindex MTXC24 0,53 0,8751 6 4 2
    B1187 Mito Biomasse am 20. Tag Super Pool 26,50 0,0000 6 5 1
    B1187 Mito Biomasse am 27. Tag Super Pool 11,60 0,0061 6 4 2
    B1187 Mito Gesundheitsindex Super Pool 8,21 0,0233 6 6 0
  • Aus Tabelle 9 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die unter guten Bewässerungsbedingungen herangezogen wurden, signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die B1187 (SEQ ID NO: 16) nicht exprimierten. Aus Tabelle 9 geht auch hervor, dass alle unabhängigen transgenen Events in der guten Bewässerungsumwelt größer als die Kontrollen waren.
  • E. Nukleotidbindungsprotein der G3E-Familie, P-loop-Domäne
  • Das B2173-Gen (SEQ ID NO: 18), das für ein Nukleotidbindungsprotein der G3E-Familie, P-loop-Domäne kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem Super-Promoter kontrolliert wird, exprimiert. In Tabelle 10 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 10
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B2173 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 –4,18 0,1622 6 2 4
    B2173 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 –1,13 0,7435 6 2 4
    B2173 Keines Gesundheitsindex MTXC24 –4,54 0,0530 6 2 4
    B2173 Keines Biomasse am 20. Tag Super 5,07 0,1725 6 4 2
    B2173 Keines Biomasse am 27. Tag Super 18,54 0,0000 6 5 1
    B2173 Keines Gesundheitsindex Super –0,29 0,9087 6 3 3
  • Aus Tabelle 10 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen mit Exprimieren B2173 (SEQ ID NO: 18) signifikant größer als die Super-Pool-Kontrollpflanzen waren. Aus Tabelle 10 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Super-Pool-Kontrollen waren.
  • F. Mutmaßliches Membranprotein
  • Das B2670-Gen (SEQ ID NO: 22), das für ein mutmaßliches Membranprotein kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem Super-Promoter kontrolliert wird, exprimiert. In Tabelle 11 sind die von den mit den ersten zwei Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 11
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    B2670 Keines Biomasse am 20. Tag MTXC24 18,87 0,0000 7 5 2
    B2670 Keines Biomasse am 27. Tag MTXC24 15,41 0,0005 7 6 1
    B2670 Keines Gesundheitsindex MTXC24 15,51 0,0000 7 7 0
    B2670 Keines Biomasse am 20. Tag Super Pool 29,22 0,0000 7 6 1
    B2670 Keines Biomasse am 27. Tag Super Pool 12,74 0,0027 7 5 2
    B2670 Keines Gesundheitsindex Super Pool 15,44 0,0000 7 7 0
  • Aus Tabelle 11 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die B2670 (SEQ ID NO: 22) exprimieren, signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Weiterhin wiesen diese transgenen Pflanzen eine dunklere grüne Farbe auf als die Kontrollen. Aus diesen Daten geht hervor, dass die Pflanzen unter Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass weniger Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen. Aus Tabelle 11 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren.
  • G. Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetase
  • Das YBR222C-Gen (SEQ ID NO: 24), das für eine Peroxisomen-Coenzym-A-Synthetase kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem USP-Promoter kontrolliert wird und das von dem entstandenen Transkript translatierte Polypeptid operativ mit einem Mitchondrien-Targeting-Peptid verknüpft ist, exprimiert. In Tabelle 12 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 12
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    YBR222C Mito Biomasse am 20. Tag MTXC24 10,55 0,0062 7 6 1
    YBR222C Mito Biomasse am 27. Tag MTXC24 8,43 0,0134 7 4 3
    YBR222C Mito Gesundheitsindex MTXC24 5,27 0,1015 7 5 2
    YBR222C Mito Biomasse am 20. Tag Super Pool 34,10 0,0000 7 7 0
    YBR222C Mito Biomasse am 27. Tag Super Pool 13,28 0,0001 7 5 2
    YBR222C Mito Gesundheitsindex Super Pool 16,39 0,0000 7 7 0
  • Aus Tabelle 12 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die YBR222C (SEQ ID NO: 24) exprimieren, signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Aus Tabelle 12 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin verstärkte dieses Konstrukt signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter wasserlimitierenden Bedingungen herangezogen wurden. Die höhere Menge der grünen Farbe zeigt, dass die erzeugten Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass der Chlorophyllabbau geringer war als bei den Kontrollpflanzen.
  • H. Histon H4
  • Das YNL030W-Gen (SEQ ID NO: 40), das für ein Histon H4 kodiert, wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts, bei dem die Transkription von dem USP-Promoter kontrolliert wird und das von dem entstandenen Transkript translatierte Polypeptid operativ mit einem Mitchondrien-Targeting-Peptid verknüpft ist, exprimiert. In Tabelle 13 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 13
    Gen Targeting Messung Bezeichnung der Kontrolle % Ände-rung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    YNL030W Mito Gesundheitsindex MTXC24 7,82 0,0521 6 4 2
    YNL030W Mito Gesundheitsindex MTXC24 10,28 0,0023 6 5 1
    YNL030W Mito Biomasse am 17. Tag MTXC24 –6,06 0,0303 6 0 6
    YNL030W Mito Biomasse am 17. Tag MTXC24 29,50 0,0000 6 6 0
    YNL030W Mito Biomasse am 21. Tag MTXC24 –6,73 0,0089 6 1 5
    YNL030W Mito Biomasse am 21. Tag MTXC24 20,78 0,0000 6 5 1
    YNL030W Mito Gesundheitsindex Super Pool 4,76 0,2704 6 4 2
    YNL030W Mito Gesundheitsindex Super Pool 0,50 0,8830 6 2 4
    YNL030W Mito Biomasse am 17. Tag Super Pool 7,30 0,0281 6 5 1
    YNL030W Mito Biomasse am 17. Tag Super Pool 13,14 0,0000 6 5 1
    YNL030W Mito Biomasse am 21. Tag Super Pool 4,15 0,1583 6 5 1
    YNL030W Mito Biomasse am 21. Tag Super Pool 9,31 0,0017 6 5 1
  • Aus Tabelle 13 geht hervor, dass Arabidopsis-Pflanzen, die YNL030W (SEQ ID NO: 40) exprimierten, im Allgemeinen signifikant größer als die Kontrollpflanzen waren, wenn die Pflanzen gut bewässert wurden. Aus Tabelle 13 geht auch hervor, dass der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen waren. Weiterhin erhöhte dieses Konstrukt signifikant die Menge der grünen Pflanzenfarbe, wenn diese unter guten Bewässerungsbedingungen herangezogen wurden und mit der MTXC24-Kontrolle verglichen wurde. Die höhere Menge der grünen Farbe zeigt, dass die erzeugten Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten bzw. dass der Chlorophyllabbau geringer war als bei den Kontrollpflanzen.
  • I. Integrales Membranprotein SYM1
  • Das integrale Membranprotein mit der Bezeichnung YLR251W (SEQ ID NO: 45) wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts exprimiert, bei dem die Expression der integralen Membranproteine des SYM1-Typs von dem USP-Promoter, dem Super-Promoter oder dem PCUbi-Promoter kontrolliert wird und mit dem integralen Membranprotein ein Targeting an die Chloroplasten erfolgt. In Tabelle 14 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden (WL) und guten Bewässerungsbedingungen (GW) getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 14
    Testart Gen Promoter Targeting Messung % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    WL YLR251W PCUbi Chlor Biomasse 20. Tag 35,6 0,000 6 6 0
    WL YLR251W PCUbi Chlor Biomasse 27. Tag 26,3 0,000 6 6 0
    WL YLR251W PCUbi Chlor Gesundheitsindex 8,3 0,037 6 3 3
    WL YLR251W Super Chlor Biomasse 20. Tag –20,4 0,000 6 1 5
    WL YLR251W Super Chlor Biomasse 27. Tag –20,4 0,000 6 1 5
    WL YLR251W Super Chlor Gesundheitsindex –15,4 0,000 6 1 5
    WL YLR251W Super Chlor Biomasse 20. Tag 12,5 0,003 7 5 2
    WL YLR251W Super Chlor Biomasse 27. Tag 2,2 NS 7 4 3
    WL YLR251W Super Chlor Gesundheitsindex 10,5 0,007 7 5 2
    GW YLR251W PCUbi Chlor Biomasse 17. Tag 32,7 0,000 6 6 0
    GW YLR251W PCUbi Chlor Biomasse 21. Tag 27,4 0,000 6 6 0
    GW YLR251W PCUbi Chlor Gesundheitsindex 0,5 NS 6 4 2
    GW YLR251W Super Chlor Biomasse 17. Tag –26,2 0,000 6 0 6
    GW YLR251W Super Chlor Biomasse 21. Tag –17,4 0,000 6 0 6
  • Aus Tabelle 14 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das YLR251W(SEQ ID NO: 62)-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters (SEQ ID NO: 102) oder des USP-Promoters (SEQ ID NO: 104) mit Targeting an den Plastiden exprimierten, sowohl unter Gutwasserbedingungen als auch unter Trockenheitsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das YLR251W (SEQ ID NO: 45) Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen waren alle bzw. der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit diesen beiden Promotern in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer als die Kontrollen waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des SYM1-Proteins in den Plastiden, wenn es unter Verwendung des USP-Promoters oder des PCUbi-Promoters exprimiert wurde, zu einer verbesserten Transporteffizienz und verringerten schädigenden Auswirkungen aufgrund von Wasserverlust.
  • Aus Tabelle 14 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das YLR251W(SEQ ID NO: 45)-Gen unter der Kontrolle des Super-Promoters mit Targeting an den Plastiden exprimierten, sowohl unter Gutwasser als auch unter Dürrebedingungen signifikant kleiner waren als die Kontrollpflanzen, die das YLR251W(SEQ ID NO: 45)-Gen nicht exprimierten. Diese Ergebnisse zeigten, dass die von PCUbi und USP bereitgestellte Expression von YLR251W (SEQ ID NO: 45) wichtig für die Funktion von YLR251W (SEQ ID NO: 45) sind.
  • J. Vakuolen-Protonenpumpen-Untereinheit H
  • Das Vakuolen-Protonenpumpenuntereinheit-H-Protein mit der Bezeichnung YPR036W(SEQ ID NO: 58) wurde in Arabidopsis unter Verwendung eines Konstrukts exprimiert, bei dem die Expression des Vakuolen-Protonenpumpenuntereinheit-H-Proteins von dem USP-Promoter kontrolliert wird und mit dem Vakuolen-Protonenpumpenuntereinheit-H-Proteinprotein ein Targeting an die Mitochondrien erfolgte. In Tabelle 15 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 15
    Testart Gen Targeting Messung % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    WL YPR036W Mito Biomasse 20. Tag 21,3 0,000 7 6 1
    WL YPR036W Mito Biomasse 27. Tag 17,2 0,000 7 6 1
    WL YPR036W Mito Gesundheitsindex 14,3 0,000 7 7 0
    GW YPR036W Mito Biomasse 17. Tag –12,5 0,000 7 3 4
    GW YPR036W Mito Biomasse 21. Tag –6,9 0,002 7 3 4
    GW YPR036W Mito Gesundheitsindex 6,5 NS 7 6 1
  • Aus Tabelle 15 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das YPR036W(SEQ ID NO: 58)-Gen unter der Kontrolle des USP-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien exprimieren, unter Trockenheitsbedingungen signifikant größer und gesünder waren als die Kontrollpflanzen, die das YPR036W(SEQ ID NO: 58)-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Mitochondrien in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer und gesünder als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer und gesünder als die Kontrolle waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des V-Typ-ATPase-Untereinheit-H-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Transporteffizienz und zu verringerten schädigenden Effekten aufgrund von Wasserverlust.
  • K. F-ATPase-Untereinheit α
  • Das F-ATPase-Untereinheit-alpha-Gen SLL1326 (SEQ ID NO: 62) wurde in Arabidopsis unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters exprimiert, und es erfolgte ein Targeting an den Plastiden und die Mitochondrien oder den Plastiden. In Tabelle 16 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 16
    Testart Gen Targeting Messung % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    WL sll1326 Mito Biomasse 20. Tag 15,1 0,000 6 4 2
    WL sll1326 Mito Biomasse 27. Tag 15,4 0,000 6 4 2
    WL sll1326 Mito Gesundheitsindex –4,9 SN 6 2 4
    WL sll1326 Chlor Biomasse 20. Tag –15,1 0,000 4 1 3
    WL sll1326 Chlor Biomasse 27. Tag –14,4 0,001 4 0 4
    WL sll1326 Chlor Gesundheitsindex –6,0 NS 4 1 3
  • Aus Tabelle 16 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das SLL1326-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien exprimieren, unter Trockenheitsbedingungen signifikant größer und gesünder waren als die Kontrollpflanzen, die das SLL1326-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Mitochondrien in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer und gesünder als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer und gesünder als die Kontrolle waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des F-ATPase-Untereinheit-alpha-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Transporteffizienz und zu verringerten schädigenden Effekten aufgrund von Wasserverlust.
  • Aus Tabelle 16 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das SLL1326-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter Trockenheitsbedingungen signifikant kleiner und weniger gesund waren als die Kontrollpflanzen, die das SLL1326-Gen nicht exprimierten. In Tabelle 16 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter wasserlimitierenden Bedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt.
  • L. F-ATPase-Untereinheit β
  • Das F-ATPase-Untereinheit-beta-Gen SLR1329 (SEQ ID NO: 66) wurde in Arabidopsis unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters exprimiert, und es erfolgte ein Targeting an den Plastiden oder die Mitochondrien. In Tabelle 17 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen oder unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 17
    Testart Gen Targeting Messung % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    WL slr1329 Mito Biomasse 20. Tag 12,8 0,000 6 5 1
    WL slr1329 Mito Biomasse 27. Tag 7,8 0,026 6 4 2
    WL slr1329 Mito Gesundheitsindex 8,1 0,010 6 5 1
    WL slr1329 Chlor Biomasse 20. Tag –34,8 0,000 6 0 6
    WL slr1329 Chlor Biomasse 27. Tag –17,5 0,000 6 0 6
    WL slr1329 Chlor Gesundheitsindex –15,9 0,000 6 1 5
    GW slr1329 Chlor Biomasse 17. Tag –13,7 0,000 5 1 4
    GW slr1329 Chlor Biomasse 21. Tag –9,9 0,000 5 0 5
    GW slr1329 Chlor Gesundheitsindex 0,2 NS 5 2 3
  • Aus Tabelle 17 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das SLR1329(SEQ ID NO: 66)-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien exprimieren, unter Trockenheitsbedingungen signifikant größer und gesünder waren als die Kontrollpflanzen, die das SLR1329(SEQ ID NO: 66)-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Mitochondrien in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer als die Kontrolle waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des F-ATPase-Untereinheit-beta-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Transporteffizienz und zu verringerten schädigenden Effekten aufgrund von Wasserverlust.
  • Aus Tabelle 17 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das SLR1329(SEQ ID NO: 66)-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an den Plastiden exprimierten, signifikant kleiner unter Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungen, signifikant weniger gesund unter Trockenheitsbedingungen waren als die Kontrollpflanzen, die das SLR1329(SEQ ID NO: 66)-Gen nicht exprimierten.
  • M. ABC-Transporter
  • Das ABC-Transporter-Gen SLR0977 (SEQ ID NO: 68) wurde in Arabidopsis unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien exprimiert. In Tabelle 18 sind die von den mit diesem Konstrukt transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 18
    Testart Gen Targeting Messung % Änderung p-Wert Anz. Events Anz. positive Events Anz. negative Events
    WL slr0977 Mito Biomasse 20. Tag 14,3 0,000 6 6 0
    WL slr0977 Mito Biomasse 27. Tag 12,1 0,000 6 5 1
    WL slr0977 Mito Gesundheits-index 4,5 NS 6 5 1
    GW slr0977 Mito Biomasse 17. Tag –0,2 NS 6 3 3
    GW slr0977 Mito Biomasse 21. Tag –2,6 NS 6 2 4
    GW slr0977 Mito Gesundheitsindex 9,0 0,010 6 5 1
  • Aus Tabelle 18 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das SLR0977-Gen unter der Kontrolle des PCUbi-Promoters mit Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter Trockenheitsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das SLR0977-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen waren alle bzw. die Mehrheit der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Mitochondrien in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer als die Kontrolle waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des ABC-Transporter-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Transporteffizienz und zu verringerten schädigenden Effekten aufgrund von Wasserverlust.
  • N. PsaK
  • Das PsaK-Gen SSR0390 (SEQ ID NO: 69) wurde in Arabidopsis unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters exprimiert und es erfolgte ein Targeting an den Plastiden. In Tabelle 19 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 19
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    WL ssr0390 Chlor 17. Tag 14,0 0,00 6 4 2
    WL ssr0390 Chlor 21. Tag 6,8 0,01 6 4 2
    WL ssr0390 Chlor Gesundheitsindex 4,4 NS 6 3 3
  • Aus Tabelle 19 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das ssr0390-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das ssr0390-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an den Plastiden in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter den zyklischen Trockenheitsbedingungen größer waren als die Kontrolle, hervorgeht, führte das Vorhandensein des PsaK-Proteins in den Plastiden zu einer verbesserten Fotosyntheseeffizienz und verringerten schädigenden Auswirkungen aufgrund von Wasserverlust.
  • O. Ferredoxin (PetF)
  • Das Ferredoxin(PetF)-Gen sll1382 (SEQ ID NO: 71) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Konstrukten, nämlich eines unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien und das zweite mit demselben Promoter mit Targeting an den Plastiden, exprimiert. In Tabelle 20 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 20
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    GW sll1382 Mito 17. Tag 32,5 0,00 6 6 0
    GW sll1382 Mito 21. Tag 19,2 0,00 6 6 0
    GW sll1382 Mito Gesundheitsindex 0,2 NS 6 2 4
    GW sll1382 Chlor 17. Tag 0,6 NS 6 3 3
    GW sll1382 Chlor 20. Tag 1,0 NS 6 3 3
    GW sll1382 Chlor Gesundheitsindex –0,7 NS 6 3 3
    WL sll1382 Mito 20. Tag –0,3 NS 7 4 3
    WL sll1382 Mito 27. Tag –11,3 0,00 7 1 6
    WL sll1382 Mito Gesundheitsindex 4,0 NS 7 5 2
    WL sll1382 Chlor 20. Tag –31,7 0,00 6 0 6
    WL sll1382 Chlor 27. Tag –13,8 0,00 6 0 6
    WL sll1382 Chlor Gesundheitsindex –8,1 0,00 6 0 6
  • Aus Tabelle 20 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das sll1382-Gen mit Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll1382-Gen nicht exprimierten. Unter wasserlimitierten Bedingungen waren die transgenen Pflanzen bei Messung am 27. Tag signifikant kleiner als die Kontrollen, und zu anderen Messzeitpunkten bzw. in Bezug auf den Gesundheitsindex nicht signifikant unterschiedlich.
  • Aus Tabelle 20 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das sll1382-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen signifikant kleiner waren als die Kontrollpflanzen, die das sll1382-Gen nicht exprimierten. Außerdem wiesen diese transgenen Pflanzen im Vergleich zu den Kontrollen unter wasserlimitierten Bedingungen niedrigere Gesundheitsindex-Boniturwerte auf. Unter guten Bewässerungsbedingungen waren die transgenen Pflanzen, die das sll1382-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, bezüglich Biomasse oder Gesundheitsindex von den Kontrollen nicht signifikant unterschiedlich. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Mitochondrien in jeder der Bewässerungsumwelten größer als die Kontrollen.
  • Diese Beobachtungen stimmen mit früheren Berichten überein, aus denen hervorgeht, dass Ferredoxin in transgenen Pflanzen bei Targeting an die Plastiden das Pflanzenwachstum nicht verbesserte. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen, wenn mit dem Ferredoxinprotein ein Targeting an die Mitochondrien erfolgte, größer waren als die Kontrollpflanzen, hervorgeht, führte das Vorhandensein des Ferredoxinproteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Elektronentransporteffizienz.
  • P. Flavodoxin
  • Das Flavodoxingen sll0248 (SEQ ID NO: 77) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei verschiedenen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters sowie mit Targeting an die Mitochondrien oder den Plastiden exprimiert. In Tabelle 21 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 21
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    GW sll0248 Mito 17. Tag –7,9 0,01 7 2 5
    GW sll0248 Mito 21. Tag –3,9 NS 7 2 5
    GW sll0248 Mito Gesundheitsindex –1,7 NS 7 2 5
    GW sll0248 Chlor 17. Tag 11,1 0,00 6 5 1
    GW sll0248 Chlor 21. Tag 10,0 0,00 6 5 1
    GW sll0248 Chlor Gesundheitsindex –3,9 NS 6 1 5
  • Aus Tabelle 21 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das sll0248-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll0248-Gen nicht exprimierten. Am 17. Tag waren transgene Pflanzen, die das sll0248-Gen mit subzellulärem Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant kleiner als die Kontrollpflanzen, die das sll0248-Gen nicht exprimierten, aber am 21. Tag unter denselben Bedingungen von den Kontrollpflanzen, die das sll0248-Gen nicht exprimierten, nicht signifikant unterschiedlich. Der Gesundheitsindex der transgenen Pflanzen, die eines der Konstrukte exprimierten, war von den Kontrollen nicht signifikant unterschiedlich. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an den Plastiden in jeder der Wasserumwelten größer als die Kontrollen, und diejenigen mit Targeting an die Mitochondrien waren in der gut bewässerten Umwelt kleiner als die Kontrollen.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter zyklischen Trockenheitsbedingungen größer waren als die Kontrolle, hervorgeht, führte das Vorhandensein des Flavodoxinproteins in dem Plastiden zu einer verbesserten Fotosyntheseeffizienz und zu verringerten schädigenden Effekten aufgrund von Wasserverlust.
  • Q. PsaF
  • Das PsaF-Gen SLL0819 (SEQ ID NO: 79) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien bzw. mit Targeting an den Plastiden exprimiert. In Tabelle 22 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 22
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    GW sll0819 Mito 17. Tag –1,8 NS 6 3 3
    GW sll0819 Mito 21. Tag –1,0 NS 6 2 4
    GW sll0819 Mito Gesundheitsindex 0,1 NS 6 3 3
    GW sll0819 Chlor 17. Tag 22,4 0,00 5 5 0
    GW sll0819 Chlor 21. Tag 21,2 0,00 5 5 0
    GW sll0819 Chlor Gesundheitsindex –0,3 NS 5 1 4
  • Aus Tabelle 22 geht hervor, dass die transgenen Pflanzen, die das ssr0390-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter guten Bewässerungsbedingungen wesentlich größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll0819-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an den Plastiden in der zyklischen Trockenheitsumwelt größer als die Kontrollen. Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen unter den zyklischen Trockenheitsbedingungen größer waren als die Kontrolle, hervorgeht, führte das Vorhandensein des PsaK-Proteins in dem Plastiden zu einer verbesserten Fotosyntheseeffizienz und verringerten schädigenden Auswirkungen aufgrund von Wasserverlust.
  • R. PetJ
  • Das PetJ-Gen SLL1796 (SEQ ID NO: 89) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien bzw. mit Targeting an den Plastiden exprimiert. In Tabelle 23 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 23
    Assay Type Gen Targeting Trait % Änderung p-Wert Valid Events Positive Events Negative Events
    WL sll1796 Mito 20. Tag 12,1 0,001 7 6 1
    WL sll1796 Mito 27. Tag 9,9 0,003 7 5 2
    WL sll1796 Mito Gesundheitsindex 0,7 NS 7 5 2
    WL sll1796 Chlor 20. Tag –20,7 0,000 4 0 4
    WL sll1796 Chlor 27. Tag –8,1 NS 4 1 3
    WL sll1796 Chlor Gesundheitsindex –9,7 0,016 4 0 4
    GW sll1796 Chlor 17. Tag –20,5 0,000 5 0 5
    GW sll1796 Chlor 21. Tag –15,8 0,000 5 0 5
    GW sll1796 Chlor Gesundheitsindex 0,3 NS 5 2 3
  • Aus Tabelle 23 geht hervor, dass die transgenen Pflanzen, die das sll1796-Gen mit Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll1796-Gen nicht exprimierten. Unter den transgenen Pflanzen, die das sll1796-Gen enthalten, existiert aufgrund der unterschiedlichen Orte der DNA-Insertion und anderen Faktoren, die einen Einfluss auf das Niveau bzw. Muster der Genexpression ausüben, eine Variation. Der Gesundheitsindex war zwischen den transgenen Pflanzen und den Kontrollpflanzen ähnlich. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events größer als die Kontrollen.
  • Aus Tabelle 23 geht hervor, dass die transgenen Pflanzen, die das sll1796-Gen mit subzellulärem Targeting an den Plastiden exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant kleiner waren als die Kontrollpflanzen, die das sll1796-Gen nicht exprimierten. In diesen Versuchen waren alle unabhängigen transgenen Events kleiner als die Kontrollen.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen, wenn mit dem PetJ-Protein ein Targeting an die Mitochondrien erfolgte, größer waren als die Kontrollpflanzen, hervorgeht, führte das Vorhandensein des PetJ-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten mitochondriellen Elektronentransporteffizienz.
  • S. PsbW
  • Das PsbW-Gen SLR1739 (SEQ ID NO: 91) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien bzw. mit Targeting an den Plastiden exprimiert. In Tabelle 24 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 24
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    WL slr1739 Mito 20. Tag 17,1 0,000 7 6 1
    WL slr1739 Mito 27. Tag 13,4 0,000 7 6 1
    WL slr1739 Mito Gesundheitsindex 3,0 NS 7 5 2
    GW slr1739 Mito 17. Tag 13,7 0,000 8 7 1
    GW slr1739 Mito 21. Tag 5,6 0,014 8 7 1
    GW slr1739 Mito Gesundheitsindex 0,7 NS 8 5 3
  • Aus Tabelle 24 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das slr1739-Gen exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das slr1739-Gen nicht exprimierten. Der Gesundheitsindex war zwischen den transgenen Pflanzen und den Kontrollpflanzen unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen ähnlich. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events in jeder der Wasserumwelten größer als die Kontrollen.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen, wenn mit dem PsbW-Protein ein Targeting an die Mitochondrien erfolgte, größer waren als die Kontrollpflanzen, hervorgeht, führte das Vorhandensein des PsbW-Proteins in den Mitochondrien zu einer verbesserten Elektronentransporteffizienz, und zwar sowohl unter guten Bewässerungsbedingungen als auch unter Trockenheitsbedingungen.
  • T. CobA (CysG)
  • Das Uroporphyrin-III-C-Methyltransferasegen SLL0378 (SEQ ID NO: 93) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei verschiedenen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien bzw. Targeting an den Plastiden exprimiert. In Tabelle 25 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 25
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    WL sll0378 Mito 20. Tag –16,1 0,000 6 2 4
    WL sll0378 Mito 27. Tag –10,6 0,005 6 2 4
    WL sll0378 Mito Gesundheitsindex –12,6 0,003 6 1 5
    WL sll0378 Chlor 20. Tag 8,1 0,041 5 3 2
    WL sll0378 Chlor 27. Tag 10,4 0,004 5 3 2
    WL sll0378 Chlor Gesundheitsindex 8,9 0,024 5 4 1
    GW sll0378 Mito 17. Tag –15,6 0,001 6 2 4
    GW sll0378 Mito 21. Tag –21,5 0,000 6 2 4
    GW sll0378 Mit Gesundheitsindex 28,0 0,000 6 5 1
    GW sll0378 Chlor 17. Tag 10,1 0,000 5 4 1
    GW sll0378 Chlor 21. Tag 6,1 0,005 5 4 1
    GW sll0378 Chlor Gesundheitsindex –1,4 NS 5 1 4
  • Aus Tabelle 25 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das sll0378-Gen mit Targeting an den Plastiden exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll0378-Gen nicht exprimierten. Weiterhin wiesen die unter wasserlimitierten Bedingungen herangezogenen transgenen Pflanzen eine dunklere grüne Farbe auf als die Kontrollen, wie dies aus dem erhöhten Gesundheitsindex hervorgeht. Dies legt nahe, dass die Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten oder dass weniger Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen.
  • Aus Tabelle 25 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das sll0378-Gen mit Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant kleiner waren als die Kontrollpflanzen, die das sll0378-Gen nicht exprimierten. Weiterhin wiesen diese transgenen Pflanzen im Vergleich zu den Kontrollen unter wasserlimitierten Bedingungen niedrigere Gesundheitsindex-Boniturdaten auf, unter guten Bewässerungsbedingungen jedoch höhere Gesundheitsindex-Boniturdaten. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events mit Targeting an die Plastiden in jeder der Umwelten größer als die Kontrollen.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen, wenn mit dem CobA-Protein ein Targeting an den Plastiden erfolgte, jedoch nicht dann, wenn ein Targeting an die Mitochondrien erfolgte, größer waren als die Kontrollpflanzen, hervorgeht, führte das Vorhandensein des CobA-Proteins in dem Plastiden zu einer verbesserten Lichtsammelkapazität und zu einem effizienteren Energietransfer an die Fotosysteme.
  • U. Precorrin-8w-Decarboxylase (CbiT, CobL)
  • Das Precorrin-8w-Decarboxylasegen SII1368 (SEQ ID NO: 95) wurde in Arabidopsis unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters ohne subzelluläres Targeting exprimiert. In Tabelle 26 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 26
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    WL slr1368 Keines 20. Tag 12,7 0,000 6 6 0
    WL slr1368 Keines 27. Tag 7,6 0,017 6 5 1
    WL slr1368 Keines Gesundheitsindex 7,7 0,004 6 6 0
    GW slr1368 Keines 17. Tag 2,9 NS 6 3 3
    GW slr1368 Keines 21. Tag 1,0 NS 6 3 3
    GW slr1368 Keines Gesundheitsindex 3,0 NS 6 5 1
  • Aus Tabelle 26 geht hervor, dass transgene Pflanzen, die das slr1368-Gen exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das slr1368-Gen nicht exprimierten. Weiterhin wiesen die unter wasserlimitierten Bedingungen herangezogenen transgenen Pflanzen eine dunklere grüne Farbe auf als die Kontrollen, wie dies aus dem erhöhten Gesundheitsindex hervorgeht. Dies legt nahe, dass die Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten oder dass weniger Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events in der wasserlimitierten Umwelt größer als die Kontrollen.
  • Die transgenen Pflanzen, die das slr1368-Gen exprimierten und die unter guten Bewässerungsbedingungen herangezogen wurden, waren bezüglich Biomasse oder Gesundheitsindex von den Kontrollen nicht signifikant unterschiedlich.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen verglichen zu den Kontrollpflanzen größer waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des CbiT-Proteins zu einer verbesserten Lichtsammelkapazität und einem effizienteren Energietransfer an die Fotosysteme.
  • V. Decarboxylierende Precorrin-6y-c5,15-Methyltransferase (CobL, CbiE/CbiT)
  • Das Gen der decarboxylierenden Precorrin-6y-c5,15-Methyltransferase SII0099 (SEQ ID NO: 97) wurde in Arabidopsis unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Konstrukten unter der Kontrolle des PcUbi-Promoters und mit Targeting an die Mitochondrien bzw. ohne Targeting exprimiert. In Tabelle 27 sind die von den mit diesen Konstrukten transformierten und unter zyklischen Trockenheitsbedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen getesteten Arabidopsis-Pflanzen erhaltenen Biomasse- und Gesundheitsindexdaten angeführt. Tabelle 27
    Testart Gen Targeting Merkmal % Änderung p-Wert Gültige Events Positive Events Negative Events
    GW sll0099 Mito 17. Tag 11,1 0,000 6 5 1
    GW sll0099 Mito 21. Tag 5,7 0,008 6 5 1
    GW sll0099 Mito Gesundheitsindex 3,1 NS 6 4 2
    WL sll0099 Mito 20. Tag 13,4 0,000 6 5 1
    WL sll0099 Mito 27. Tag 2,1 NS 6 3 3
    WL sll0099 Mito Gesundheitsindex 13,3 0,000 6 5 1
    WL sll0099 Keines 20. Tag 23,4 0,000 7 7 0
    WL sll0099 Keines 27. Tag 7,9 0,046 7 4 3
    WL sll0099 Keines Gesundheitsindex 16,2 0,000 7 6 1
  • Aus Tabelle 27 geht hervor, dass die transgenen Pflanzen, die das sll0099-Gen mit Targeting an die Mitochondrien exprimierten, unter wasserlimitierten Bedingungen und unter guten Bewässerungsbedingungen signifikant größer waren als die Kontrollpflanzen, die das sll0099-Gen nicht exprimierten. Weiterhin wiesen die unter wasserlimitierten Bedingungen herangezogenen transgenen Pflanzen eine dunklere grüne Farbe auf als die Kontrollen, wie dies aus dem erhöhten Gesundheitsindex hervorgeht. Dies legt nahe, dass die Pflanzen während Stress mehr Chlorophyll produzierten oder dass weniger Chlorophyllabbau stattfand als bei den Kontrollpflanzen. Die transgenen Pflanzen, die das sll0099-Gen ohne Targeting exprimierten, waren unter wasserlimitierten Bedingungen ebenfalls wesentlich größer und hatten höhere Gesundheitsindex-Boniturwerte als die Kontrollen. In diesen Versuchen war der Großteil der unabhängigen transgenen Events in jeder der Umwelten größer als die Kontrollen.
  • Wie aus der Beobachtung, dass die transgenen Pflanzen verglichen zu den Kontrollpflanzen größer waren, hervorgeht, führte das Vorhandensein des CobL-Proteins zu einer verbesserten Lichtsammelkapazität und einem effizienteren Energietransfer an die Fotosysteme.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden Polynukleotide beschrieben, die fähig sind, den Ertrag einer Pflanze, die dahingehend transformiert ist, dass sie solche Polynukleotide enthält, zu erhöhen. Ebenfalls bereitgestellt werden Verfahren zur Verwendung von solchen Polynukleotiden und transgene Pflanzen und Agrarprodukte, einschließlich Samen, die solche Polynukleotide als Transgene enthalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • Altschul et al., supra [0142]

Claims (9)

  1. Transgene Pflanze, die mit einer Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter codiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid codiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein psaF-Untereinheit-III-Polypeptid des Reaktionszentrums des Photosystems I, mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86 und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88, codiert, transformiert ist, wobei die transgene Pflanze verglichen mit einer Wildtyppflanze derselben Sorte, die die Expressionskassette nicht umfasst, einen erhöhten Ertrag aufweist.
  2. Transgene Pflanze nach Anspruch 1, wobei das Polypeptid die Aminosäuren 1 bis 217 von SEQ ID NO: 82; die Aminosäuren 1 bis 220 von SEQ ID NO: 84; die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 86; oder die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 88 umfasst.
  3. Transgene Pflanze nach Anspruch 1, die weiterhin als eine Art ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mais, Sojabohne, Baumwolle, Kanola, Reis, Weizen oder Zuckerrohr beschrieben ist.
  4. Samen, der für ein Transgen umfassend eine Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter codiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid codiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein psaF-Untereinheit-III-Polypeptid des Reaktionszentrums des Photosystems I, mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86 und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88, codiert, reinerbig ist.
  5. Samen nach Anspruch 4, wobei das Polypeptid die Aminosäuren 1 bis 217 von SEQ ID NO: 82; die Aminosäuren 1 bis 220 von SEQ ID NO: 84; die Aminosäuren 1 bis 24 von SEQ ID NO: 86; oder die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 88 umfasst.
  6. Transgene Pflanze nach Anspruch 1, die weiterhin als eine Art ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mais, Sojabohne, Baumwolle, Kanola, Reis oder Weizen beschrieben ist.
  7. Verfahren zum Erhöhen des Ertrags einer Pflanze, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Transformieren einer Wildtyppflanzenzelle mit einem Transgen umfassend eine Expressionskassette umfassend, in operativer Verknüpfung, ein isoliertes Polynukleotid, das für einen Promoter codiert; ein isoliertes Polynukleotid, das für ein Plastidentransitpeptid codiert; und ein isoliertes Polynukleotid, das für ein psaF-Untereinheit-III-Polypeptid des Reaktionszentrums des Photosystems I, mit einer PSI_PsaF-Signatursequenz umfassend eine PSI_PsaF-Signatursequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Aminosäuren 3 bis 158 von SEQ ID NO: 80; den Aminosäuren 43 bis 217 von SEQ ID NO: 82; den Aminosäuren 46 bis 220 von SEQ ID NO: 84; den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 86 und den Aminosäuren 50 bis 224 von SEQ ID NO: 88, codiert; b) Regenerieren von transgenen Pflänzchen aus den transformierten Pflanzenzellen; und c) Selektieren von transgenen Pflanzen, die einen erhöhten Ertrag aufweisen.
  8. Samen nach Anspruch 3, wobei das Polypeptid die Aminosäuren 1 bis 217 von SEQ ID NO: 82; die Aminosäuren 1 bis 220 von SEQ ID NO: 84; die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 86; oder die Aminosäuren 1 bis 224 von SEQ ID NO: 88 umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Pflanze um Mais, Sojabohne, Baumwolle, Kanola, Reis, Weizen oder Zuckerrohr handelt.
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