能够代谢亚磷酸盐作为磷源的转基因植物和真菌制造技术

本申请涉及能够代谢亚磷酸盐作为磷源的转基因植物和真菌。用于制备和使用代谢亚磷酸盐作为磷源用于支持生长的转基因植物和/或转基因真菌的系统，包括方法和组合物。

【技术实现步骤摘要】
能够代谢亚磷酸盐作为磷源的转基因植物和真菌本申请是申请号为200980154899.X，申请日为2009年11月19日，专利技术名称为“能够代谢亚磷酸盐作为磷源的转基因植物和真菌”的申请的分案申请。对优先权申请的交叉引用根据35U.S.C.§119(e)、巴黎公约优先权和任何及所有其它适用法律，本申请基于2008年11月19日提交的美国临时专利申请系列号61/199,784并要求其权益，该申请为了所有目的通过引用全文并入本文。引言磷是植物和真菌生长的必需元素。这种元素以氧化形式掺入植物或真菌细胞中的许多生物分子，诸如以提供除了其它以外，遗传材料、膜和分子信使。无机磷酸盐(Pi)是植物的主要磷源。相应地，基于磷酸盐的肥料提供了强化植物生长的廉价且广泛使用的方法。然而，基于磷酸盐的肥料来自于不可再生的资源，已预计这种不可再生的资源将在下一个70年到100年中耗尽，或如果利用速率增加得比预期更快则耗尽时间更短。由于多种重要原因，现代农业常用的基于磷酸盐的肥料通常不能被栽培植物有效利用。首先，磷酸盐是高度反应性的，并且可以与许多土壤组分形成不溶复合物，这减少了可利用的磷的量。其次，土壤微生物可以快速地将磷酸盐转化为植物通常不能有效代谢的有机分子，这进一步减少了可利用的磷的量。第三，基于磷酸盐的肥料能够刺激杂草的生长，这不仅更进一步减少了可利用的磷的量，而且还能鼓励杂草与栽培植物竞争空间和其它营养。由于磷酸盐转化为对于植物摄取和利用不易获得的无机形式和有机形式和与杂草竞争所致的损失意味着过量磷酸盐肥料的使用，这不仅增加了生产成本，而且导致严重的生态学问题。因此，对减少农业使用的磷酸盐肥料的量存在迫切需求。磷酸盐的还原形式亚磷酸盐(Phi)也用在植物的栽培中。已经显示，用亚磷酸盐处理可增加鳄梨和柑橘果实的植物产量(以果实大小和生物量测量)。亚磷酸盐可利用与磷酸盐相同的运输系统运输到植物中，并且可在植物组织中积累延长的时间段。然而，明显没有植物中的任何酶能将亚磷酸盐代谢为植物中的主要磷源磷酸盐的报告。而且，即使在磷酸盐饥饿期间，亚磷酸盐明显不能满足植物的磷营养需求。因此，尽管与磷酸盐相似，亚磷酸盐是通常不能被植物直接代谢的磷形式，因此不是植物营养。尽管如此，亚磷酸盐“肥料”在市场出售，即使科学文献中似乎没有证据或甚至迹象表示植物能同化亚磷酸盐。亚磷酸盐可间接地促进植物生长。例如，亚磷酸盐用作栽培植物的抗真菌剂(杀真菌剂)。认为亚磷酸盐阻止由卵菌(水霉)对不同植物如除了其它以外的马铃薯、烟草、鳄梨和番木瓜引起的疾病。如此，亚磷酸盐可能促进植物生长，不是直接作为植物营养，而是通过保护植物免受否则将影响植物生长的真菌病原体的影响。尽管如此，基于亚磷酸盐的杀真菌剂通常仍标为肥料。这种错贴标签可能是被政府规章鼓励的，如果制造商将杀真菌剂标为肥料，政府规章使得批准过程较短和较不复杂。亚磷酸盐充当杀真菌剂的建议机制是多方面的。例如，亚磷酸盐可通过无机焦磷酸盐(PPi)的积累的增加抑制磷酸化反应来作用于真菌，这进而可阻断在代谢上关键的磷酸盐途径。可选地或此外，亚磷酸盐可诱导植物中的天然防御反应。在任何情况中，亚磷酸盐作为杀真菌剂的效力可受许多因素影响，包括环境、病原体类型、植物类型和浓度。接触植物的亚磷酸盐的浓度可能是亚磷酸盐有效性的关键因素，因为太多亚磷酸盐可以对植物有毒。尤其是，亚磷酸盐可能与磷酸盐竞争进入植物细胞，因为亚磷酸盐可以经由磷酸盐运输系统运输到植物中。因此，亚磷酸盐的毒性可能是因为(1)植物对磷酸盐的同化减少，连同(2)不能通过氧化为磷酸盐而利用亚磷酸盐作为磷源，这导致亚磷酸盐在植物中积累。而且，亚磷酸盐可能被植物感知为磷酸盐，这阻止了植物诱导促进植物在低磷酸盐条件下存活的磷补救途径。亚磷酸盐毒性影响不同植物如黑芥(Brassicanigra)、洋葱(Alliumcepa、onion)、玉米(ZeamaysL.、corn)和拟南芥(Arabidopsisthaliana)。因此，可能需要非常小心地控制植物对亚磷酸盐的暴露。所以，需要更好的系统来利用亚磷酸盐对植物的益处，同时减少其缺点。转基因植物的产生有助于创建改进的农业系统。已经建立了至少四种选择系统用于通过选择性生长鉴定转基因植物。每种选择系统是基于对抗生素(卡那霉素或潮霉素)或除草剂(草甘膦或草丁膦)的抗性。然而，每种选择系统都有缺陷。例如，每种选择系统可能具有毒性问题。而且，用抗生素选择可能是无效率的，因为植物可能具有替代的抗性机制。此外，除了利用草丁膦的选择系统以外，所有选择系统都不能提供对大多数或所有植物“通用的”选择性标记。因此，需要用于产生转基因植物的新的选择性标记。概述本公开提供用于制备和使用代谢亚磷酸盐作为磷源用于支持生长的转基因植物和/或转基因真菌的系统，包括方法和组合物。本申请提供了以下内容：项目1.一种核酸，所述核酸包括：嵌合基因，所述嵌合基因包括(a)编码亚磷酸盐脱氢酶的编码区和(b)可操作地连接于所述编码区的转录启动子，其中所述启动子相对于所述编码区是异源的，并且在植物、真菌或二者中是起作用的，并且其中所述嵌合基因提供所述酶在包含所述嵌合基因的植物细胞或真菌细胞中的充分表达，以对所述细胞赋予代谢亚磷酸盐(Phi)作为磷源用于支持生长的能力，从而使得所述细胞在没有外部来源的磷酸盐(Pi)时能够生长。项目2.根据项目1所述的核酸，其中所述亚磷酸盐脱氢酶是细菌来源的。项目3.根据项目2所述的核酸，其中所述亚磷酸盐脱氢酶是施氏假单胞菌(Pseudomonasstutzeri)的PtxD(SEQIDNO:1)、SEQIDNO:1的PtxD的类似物或衍生物、或来自另一细菌物种的PtxD-样同源物。项目4.根据项目2所述的核酸，其中所述细菌亚磷酸盐脱氢酶具有与SEQIDNO:1-14的至少一种具有至少80％序列同一性的氨基酸序列。项目5.根据项目1所述的核酸，其中所述亚磷酸盐脱氢酶具有以下氨基酸序列，所述氨基酸序列包括：第一序列区，所述第一序列区具有与VGILGMGAIG(SEQIDNO:15)具有序列相似性或序列同一性的NAD-结合基序；第二序列区，所述第二序列区与XPGALLVNPCRGSVVD(SEQIDNO:16)具有序列相似性或序列同一性，其中X是K或R；和第三序列区，所述第三序列区与GWX1PX2X3YX4X5GL(SEQIDNO.19)具有序列相似性或序列同一性，其中X1是R、Q、T或K，X2是A、V、Q、R、K、H或E，X3是L或F，X4是G、F或S，并且X5是T、R、M、L、A或S。项目6.根据项目1所述的核酸，其中所述亚磷酸盐脱氢酶具有与施氏假单胞菌的PtxD(SEQIDNO:1)至少90％相同的氨基酸序列。项目7.根据项目1所述的核酸，其中所述嵌合基因还包括可操作地连接于所述编码区并且相对于所述编码区异源的转录终止子。项目8.根据项目1所述的核酸，其中所述启动子是植物启动子或植物病毒的病毒启动子，并且能够促进所述酶在植物细胞中的充分表达。项目9.根据项目8所述的核酸，其中所述启动子对应于花椰菜花叶病毒的35S启动子。项目10.根据项目8所述的核酸，其中所述启动子是由低磷酸盐可用性可诱导的。项目11.根据项目8所述的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生目标物质的方法，所述方法包括：提供藻类，所述藻类以转基因方式适用于(a)合成所述目标物质和(b)表达亚磷酸盐脱氢酶，所述亚磷酸盐脱氢酶催化亚磷酸盐氧化为磷酸盐，所述酶以足以使得所述藻类能够利用亚磷酸盐作为磷源而生长的水平存在；以及使所述藻类在含有亚磷酸盐的培养基中生长。

【技术特征摘要】
2008.11.19 US 61/199,7841.一种产生目标物质的方法，所述方法包括：提供藻类，所述藻类以转基因方式适用于(a)合成所述目标物质和(b)表达亚磷酸盐脱氢酶，所述亚磷酸盐脱氢酶催化亚磷酸盐氧化为磷酸盐，所述酶以足以使得所述藻类能够利用亚磷酸盐作为磷源而生长的水平存在；以及使所述藻类在含有亚磷酸盐的培养基中生长。2.如权利要求1所述的方法，其中所述提供的步骤包括用编码所述酶的核酸转化藻类的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其中所述亚磷酸盐脱氢酶是细菌来源的。4.如权利要求3所述的方法，其中所述亚磷酸盐脱氢酶是施氏假单胞菌(Pseudomonasstutzeri)的PtxD、PtxD的类似物或衍生物、或Ptx...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·拉斐尔·赫雷拉埃斯特里拉，达玛·莉兹贝思·洛佩斯阿雷东多，阿尔弗雷多·埃里维托·赫雷拉埃斯特里拉，
申请(专利权)人：国家政治研究所高级研究中心高级研究中心，
类型：发明
国别省市：墨西哥,MX