專利名稱：用于得到具有新功能性的玉米淀粉的谷物生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一塊地中生產(chǎn)兩種類型的雜種玉米的方法，這樣它們可獨(dú)立收獲。
對這種特殊品種玉米的需求增加，包括來自于對用于多種工業(yè)用途的具有特殊功能性或特性的淀粉的需求增加，這些工業(yè)用途包括造紙?zhí)砑觿┤缒z料、粘合劑，食物成分如增稠劑，工業(yè)和醫(yī)用吸收劑，藥物賦形劑，化妝品，和遞送系統(tǒng)如乳化劑。
在美國，加拿大，和歐洲生產(chǎn)的幾乎所有商品玉米以及南美生產(chǎn)的大部分玉米是用雜種種子得到的。雜種玉米的生產(chǎn)需要開發(fā)優(yōu)良玉米自交系，其顯示出良好的普通和特殊結(jié)合能力，以生產(chǎn)出農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)上優(yōu)良的雜種。植物育種者選擇的性狀包括產(chǎn)生高產(chǎn)、谷?？旄?、和抵抗特殊植物病蟲害的雜種。
一旦開發(fā)出優(yōu)良玉米自交系，它們可用于多種途徑以生產(chǎn)商品化雜種種子。產(chǎn)于美國的大多數(shù)雜種種子是單交型。兩種自交系相互交配得到的子代稱為F1單交雜種(A×B)。在一些情況下，交配的雌性母本本身即為F1雜種，這樣生產(chǎn)出三向交配的雜種，基因型為(A×B)×C。極少數(shù)情況下，可產(chǎn)生四向交配的雜種，其父本和母本均為F1雜種，產(chǎn)生的基因型為(A×B)×(C×D)。所有情況下，這種相互交配產(chǎn)生的谷粒都作為種子出售給商業(yè)種植者，他們最后從農(nóng)作物中收獲F2谷物作為農(nóng)用或商業(yè)出售。
除了具有遺傳因素的合理組合以生產(chǎn)優(yōu)良雜種，自交系本身還相當(dāng)有力的支持了現(xiàn)代種子生產(chǎn)需求。這可從如何商業(yè)化生產(chǎn)出單交雜種的描述中得以闡明。為了控制授粉方向并確保主要收獲雜種種子，對生產(chǎn)種子的田地進(jìn)行有代表性的設(shè)計(jì)，4行作為雌性株(雄性不育)的自交玉米植株與1行作為雄性株(雄性可育)的自交玉米植株交替種植。雌性株表現(xiàn)為雄性不育，這樣雄性株產(chǎn)生的花粉使這些雌性株帶有的胚珠受精，在出售給商業(yè)種植者前，收獲雌性植株產(chǎn)出的雜種種子，清潔，篩分，加工。為更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)雜種種子，雄性自交植株需要在多種氣候條件下能確實(shí)發(fā)散出足夠的花粉使雌性植株受精。雌性植株產(chǎn)出的雜種種子須具備高品質(zhì)，使之在商業(yè)種植者的田地里具有良好的萌芽狀態(tài)和幼苗活力，雌性植株本身須直立并保持抽穗直至收獲時(shí)節(jié)。
有許多種育種方案可用于生產(chǎn)自交系玉米，包括家系培育，回交轉(zhuǎn)化，重復(fù)選擇。所有的這些方案都是勞動(dòng)和資金密集型的，每一種都需要多年工作以進(jìn)行遺傳信息的重組和選擇，最終生產(chǎn)出優(yōu)良自交系。開發(fā)出滿意自交系的速度，很大程度取決于植物育種者指定的該品系的性質(zhì)和須具備性狀的數(shù)目。新的或特殊性狀的加入，將明顯增加生產(chǎn)出需要的品系所需的時(shí)間和工作量，特別是如果這些性狀由多個(gè)基因控制，像關(guān)于油的含量。
最近，開發(fā)了生產(chǎn)具有獨(dú)特功能性雜種玉米的替代方法。例如，美國專利No.5,704,160和5,706,603中介紹的生產(chǎn)具有增強(qiáng)性狀(如高油)玉米的方法。整塊地的玉米一起收獲得到單一的中間性狀玉米。在替代方法中，只收獲一種類型的玉米，另一種可丟棄。
開發(fā)具有獨(dú)特淀粉功能性的雜交玉米與商用玉米育種相似。改變的淀粉功能性可通過摻入?yún)⑴c淀粉生物合成途徑基因的隱性形式得到。這些基因通常稱為谷粒突變基因。谷粒突變基因常引起淀粉積聚減少和濕磨操作時(shí)產(chǎn)生困難，該操作用于將淀粉從玉米粒的其它成份中分離出來。
令人吃驚的是，目前發(fā)現(xiàn)將兩種不同的玉米雜種種植在交替的由行組成的區(qū)塊中，其間留足夠?qū)挾纫赃M(jìn)行有效地分別收獲，可獲得玉米谷粒性狀的最大功能性。更進(jìn)一步，采用一種對兩種隱性谷粒突變基因純合的雜種玉米和僅對兩種隱性基因中的一種純合的第二種雜種玉米，可實(shí)現(xiàn)淀粉的需要的功能性而沒有雙隱性雜種通常的缺點(diǎn)。
雜合，用于此處是指，當(dāng)不同的等位基因位于同源染色體上的相應(yīng)位點(diǎn)時(shí)存在的一種遺傳狀態(tài)。
純合，用于此處是指，當(dāng)相同的等位基因位于同源染色體上的相應(yīng)位點(diǎn)時(shí)存在的一種遺傳狀態(tài)。
雜種，用于此處是指，兩種遺傳學(xué)上不相同的自交系間進(jìn)行雜交產(chǎn)生的所有后代。
近交系，用于此處是指，一種基本上純合的品種。
雄性不育，用于此處是指，由于任何一種機(jī)制，植株不產(chǎn)生有功能的花粉，這些機(jī)制包括但不限于機(jī)械或手工去穗，化學(xué)品致不育，或遺傳不育如細(xì)胞質(zhì)雄性不育，它導(dǎo)致花穗無功能。
除非特別提到，顯性基因用大寫字母表示，隱性基因用小寫字母表示。玉米胚乳是三倍體，一個(gè)基因包含三個(gè)等位基因。對普通雜種，A和B用于代表兩種性狀。這樣，aaabbb代表對一般普通性狀A(yù)和普通性狀B隱性純合的雜種玉米，而aaaBbb代表對普通性狀A(yù)隱性純合和對性狀B雜合的雜種玉米，對性狀B來說，其帶有一個(gè)顯性或野生型等位基因和兩個(gè)隱性或突變型等位基因。
雜種玉米中用到的其余基因可為隱性純合，或顯性，或雜合。例如，此處包含的雜交不僅有描述的aaaBBB與aaabbb間，也有aaaBBBccc與aaabbbccc的雜交。
本專利涉及生產(chǎn)具有需要的淀粉功能性的玉米谷物的一種新方法，該方法包括在同一塊田地里種植兩種不同的雜種玉米。一種雜種玉米對兩種需要的隱性基因是純合的，而第二種雜種玉米對這些相同基因中的一種是隱性純合的，對另一種基因是野生型或顯性純合的。
隱性基因此處包括但不限于，waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，dull(du1)，horny(h1)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，white endosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。
一種雜種玉米表現(xiàn)為雄性不育，這樣第二種雜種玉米為整塊地提供花粉。哪一種雜種玉米被選擇為雄性不育雜種玉米與本發(fā)明無關(guān)。對雄性不育和授粉株的具體選擇，決定了來源于這兩種雜種的淀粉的基因型。本領(lǐng)域所共知的，玉米胚乳是三倍體。胚乳基因型有兩個(gè)基因劑量遺傳自雌性胚珠，一個(gè)基因劑量遺傳自雄性花粉。這樣，根據(jù)來源于F1雜種的F2谷物的需要的遺傳組成可選擇出哪一種雜種為不育。
這兩種雜種玉米種植在交替的由行組成的區(qū)塊中。每一區(qū)塊應(yīng)該有足夠的寬度以便用商業(yè)化可行的收獲方法進(jìn)行有效收獲，例如區(qū)塊應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)收割機(jī)的寬度。典型的區(qū)塊至少四行寬。更進(jìn)一步，區(qū)塊也不應(yīng)太寬，這樣區(qū)塊不能被有效地進(jìn)行授粉。因此，這些區(qū)塊一般不超過16行寬。例如，但不限于，雜種可以種植在6×6(每一雜種6個(gè)交替行)，8×8，12×12，12×6，12×4或16×16的區(qū)塊。
這樣得到兩種不同類型谷物的多個(gè)區(qū)塊，它們可進(jìn)行分別收獲和加工。通過保持兩種雜種的谷物相互分開，可以獲得每種谷物全部的功能性優(yōu)勢。一起收獲谷物時(shí)，這些優(yōu)勢不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐环N雜種的優(yōu)勢被另外一種稀釋了。例如，如果隱性性狀A(yù)和B(aaabbb)的雄性不育突變體和隱性性狀A(yù)(aaaBBB)的雄性可育突變體種植在田地中的8×8的區(qū)塊中，分別收獲種子，純合隱性A和純合顯性B(aaaBBB)的玉米與純合隱性A和具有兩劑量隱性B(aaaBbb)的玉米的淀粉可分別出售，每種谷物的功能性可完全實(shí)現(xiàn)。如果兩種雜種玉米用傳統(tǒng)方法間作，這樣可一起收獲種子，產(chǎn)生的淀粉是兩種基因型aaaBBB或aaaBbb的混合物，且每一種基因型的特殊功能性不能實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例以下給出的實(shí)施例用于進(jìn)一步闡述和解釋本發(fā)明，不管從任何角度說都不應(yīng)該看作是對本發(fā)明的限制。實(shí)施例1-生產(chǎn)具有一個(gè)或兩個(gè)劑量sugary-2基因的蠟質(zhì)玉米A. waxy/sugary-2雄性不育突變體(wxwxwxsu2su2su2)和waxy雄性可育突變體(wxwxwx)種植在田地中的8×8的區(qū)塊中。分別收獲種子，得到蠟質(zhì)玉米(wxwxwx)和有兩個(gè)劑量隱性sugary-2基因的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxSU2su2su2)。B. waxy/sugary-2雄性可育突變體(wxwxwxsu2su2su2)和waxy雄性不育突變體(wxwxwx)種植在田地中的8×8的區(qū)塊中。分別收獲種子，得到具有一個(gè)劑量隱性sugary-2基因的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxSU2SU2su2)和具有三個(gè)劑量隱性sugary-2基因的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxsu2su2su2)。實(shí)施例2-生產(chǎn)具有一個(gè)和兩個(gè)劑量white endosperm(白色胚乳)基因的蠟質(zhì)玉米A. waxy/white endosperm的雄性不育突變體(wxwxwxy1y1y1)和waxy雄性可育突變體(wxwxwx)種植在田地中的12×6的區(qū)塊中。分別收獲種子，得到蠟質(zhì)玉米(wxwxwx)和帶兩劑量隱性whiteendosperm的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxY1y1y1)。B. waxy/white endosperm的雄性可育突變體(wxwxwxy1y1y1)和waxy雄性不育突變體(wxwxwx)種植在田地中的12×6的區(qū)塊中。分別收獲種子，得到帶有三個(gè)劑量隱性white endosperm的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxy1y1y1)和帶有一個(gè)劑量隱性white endosperm的蠟質(zhì)玉米(wxwxwxY1Y1y1)。實(shí)施例3-多種谷物的生產(chǎn)多種谷物通過下述雜交進(jìn)行生產(chǎn)

權(quán)利要求
1.一種種植方法，包括以下步驟(a)將兩種雜種種植在行組成的區(qū)塊中，其中(1)第一種雜種為雄性可育玉米種子，其對兩種需要的性狀是隱性純合的；和(2)第二種雜種為雄性不育玉米種子，其對兩種需要性狀中的一種是隱性純合，對另一種需要的性狀是顯性純合的；(b)允許雄性可育玉米植株授粉于所述雄性不育玉米植株；和(c)分別收獲從兩種雜種中得到的玉米種子。
2.權(quán)利要求1中的方法，其中玉米植株由細(xì)胞質(zhì)的、遺傳的、機(jī)械的、化學(xué)的、手工的方法或這些方法的組合導(dǎo)致雄性不育。
3.權(quán)利要求1或2中的方法，其中雜種種植在至少四行寬的由行組成的區(qū)塊中。
4.前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其中雜種種植在行×行的區(qū)塊中，該區(qū)塊選自6×6，8×8，12×12，12×6，12×4，和16×16。
5.前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其中兩種需要的隱性性狀選自waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，du11(du1)，horny(h)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，white endosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。
6.前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其中兩種需要的性狀為waxy和sugary-2。
7.一種種植方法，包括以下步驟(a)將兩種雜種種植在行組成的區(qū)塊中，其中(1)第一種雜種為雄性不育玉米種子，其對兩種需要的性狀是隱性純合的；和(2)第二種雜種為雄性可育玉米種子，其對兩種需要性狀中的一種是隱性純合，對另一種需要的性狀是顯性純合的；(b)允許雄性可育玉米植株授粉于所述雄性不育玉米植株；和(c)分別收獲從兩種雜種中得到的玉米種子。
8.權(quán)利要求7中的方法，其中玉米植株由細(xì)胞質(zhì)的、遺傳的、機(jī)械的、化學(xué)的、手工的或這些方法的組合導(dǎo)致雄性不育。
9.權(quán)利要求7或8中的方法，其中雜種種植在至少四行寬的由行組成的區(qū)塊中。
10.權(quán)利要求7-9的任意一項(xiàng)中的方法，其中雜種種植在行×行的區(qū)塊中，該區(qū)塊選自6×6，8×8，12×12，12×6，12×4，和16×16。
11.權(quán)利要求7-10的任意一項(xiàng)中的方法，其中兩種需要的隱性性狀選自waxy(wx1)，sugary-1(su1)，sugary-2(su2)，sugary-3(su3)，amylose extender(ae1)，du11(du1)，horny(h)，shrunken-1(sh1)，shrunken-2(sh2)，floury-1(f11)，floury-2(f12)，whiteendosperm(y1)，和opaque系列(o1-o14)。
12.前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求中的方法，其中兩種需要的性狀為waxy和sugary-2。
全文摘要
已開發(fā)出一種生產(chǎn)具有需要的功能性的玉米谷物的新方法，包括在同一田地種植兩種不同的雜種玉米。這兩種雜種玉米種植在由行組成的交替區(qū)塊中。一種雜種是雄性不育的，這樣第二種雜種為整塊地提供花粉。這樣得到兩種不同類型谷物的多個(gè)區(qū)塊，它們可進(jìn)行分別收獲和加工。
文檔編號A01H1/02GK1442040SQ0311992
公開日2003年9月17日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者B·納格勒, G·阿佩爾, J·L·埃姆林 申請人:國家淀粉及化學(xué)投資控股公司