具有增加的赖氨酸的转基因植物种子制造技术

本文中公开了具有新的外源ＤＮＡ构建体的转基因植物，其中所述的外源ＤＮＡ构建体表达二氢吡啶二羧酸合酶和赖氨酸酮戊二酸还原酶的基因抑制分子，其活性导致植物种子中增加的赖氨酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增加的赖氨酸的转基因植物种子优先权声明本申请要求在本文中通过援引而完整引用的2005年10月3日提交的美国临时申请系列号60/723，178的优先权。专利技术背景1.专利
本文中公开了用于产生具有以下部分的转基因植物的DNA构建体，其中所述的部分具有增加的赖氨酸含量，和使用此类DNA构建体以产生转基因植物及种子的方法，来自所述植物的收获材料和从此类收获材料制备的粗粉和食物产品。此类DNA构建体用于产生具有因种子中赖氨酸积累增加而得到的改良营养益处的转基因植物。还公开用于产生在其种子中具有增加的赖氨酸含量的转基因植物的多核苷酸分子和方法。2.相关技术的描述通常称作玉蜀黍(maize)或玉米(corn)的Zea mays是广泛用作动物饲料和人食物的一种谷物。谷粒，在本文中称作种仁或种子，是众多低等动物(包括猪、肉牛和奶牛、鱼和家禽)的蛋白质、淀粉和油的来源。在一些国家如墨西哥，超过70%的收获玉米用于人消费，并且玉米及玉米衍生产品如hominy和tortillas是主食(dietary staples)。在种仁中，大部分的氨基酸组成由多肽内所含氨基酸的量和类型决定。种仁中仅有相对小部分(至多到10% )的可获得的氨基酸作为游离氨基酸汇集物存在；其余部分在多种蛋白质中包含。在玉米，种仁内找到的大部分多肽是种子忙藏蛋白或玉米醇溶蛋白(zeins)。这些种子贮藏蛋白在种仁发育时合成并在种仁萌发和开始生长时作为能量源使用。然而，种子贮藏蛋白含有少量赖氨酸，乃至不含赖氨酸。在混合谷物饲料内认定的十种必需氨基酸(精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸或半胱氨酸、苯丙氨酸或酪氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸)中，玉米尤`其缺乏赖氨酸和苏氨酸及甲硫氨酸。这些必需氨基酸的缺乏，尤其赖氨酸的缺乏，需要饲用玉米应当以这些营养物补充，这经常通过添加大豆粗粉或合成赖氨酸提供。有益于现有技术的是增加玉米种子中赖氨酸水平从而使种子作为食物或饲用谷物更有营养。若谷粒需要很少或不需要用额外赖氨酸补充，则实现额外的益处。在人营养中，穷人倾向于消费这样的饮食，其中廉价淀粉食物的量相对高而高品质蛋白质的量相对低。恶性营养不良病是在中等至优异的能量(总热量)摄入存在下因摄入品质不够好的蛋白质所致的营养不良形式。早期症状是很一般性的，并且包括疲劳、易怒和嗜睡。随着蛋白质缺乏继续，出现生长不足、肌肉质量损失、广泛肿胀(浮肿)和免疫力下降。常见大而突起的腹部。皮肤病(如皮炎、色素沉着改变、头发稀薄和白癜风)频繁见到。晕厥和昏迷进展至死亡。一份政府评估表明在美国疗养所中的50%老人患有蛋白质-热量营养不良。因此，因更高赖氨酸水平而具有改良蛋白质品质的玉米产品不仅将明显改善饮食的营养质量，也明显改善整体一般健康水平。增加赖氨酸水平的植物分子生物学方法涉及鉴定并向玉米导入基因以影响种仁中的赖氨酸水平，而未不利地影响农艺特性。赖氨酸衍生自天冬氨酸，其代谢与涉及苏氨酸、甲硫氨酸和异亮氨酸的途径交汇。赖氨酸本身作为终产物起到修饰和调节赖氨酸自身产生途径中酶的作用。赖氨酸代谢中所涉及的关键酶是天冬氨酸激酶(AK)和二氢吡啶二羧酸合酶(DHDPS)，而赖氨酸-酮戊二酸还原酶(LKR，又称作酵母氨酸脱氢酶SDH的双功能酶)似乎在赖氨酸异化中发挥重要作用。AK和DHDPS受赖氨酸反馈调节；当赖氨酸水平增加时，该氨基酸下调这些酶的活性。因此，为了增加赖氨酸水平，有益的是拥有AK或DHDPS的反馈不敏感性形式。已经描述细菌AK基因的赖氨酸不敏感性变体以及来自植物的几种变体(见Falco等，美国专利号5，773，691,在本文中通过援引并入)。已经从大麦(barley)、玉米和烟草(tobacco)中鉴定几种AK的赖氨酸不敏感性形式。从大肠杆菌(E.coli)中分离的细菌DHDPS基因已经证实对赖氨酸水平增加的敏感性降低为至少20分之一(Glassman等，美国专利号5，258，300 ；Galili等，美国专利号5，367，110)。Falco等(美国专利号5，773，691和6，459，019、美国专利申请公开号U.S.2003/0056242)和Dizigan等(美国专利申请公开号2005/0132437)描述了分离并使用来自大肠杆菌的赖氨酸反馈不敏感性天冬氨酸激酶(AK，基因称作IysC)、来自大肠杆菌的DHDPS和来自棒状杆菌(Corynebacterium)的DHDPS (本文中称作C( gl.dapA)以产生在种子中具有增加的赖氨酸水平的转基因油菜(rapeseed)、烟草、玉米和大豆植物，其中所述每一文献均完整地通过援弓I并入。本专利技术提供这样的DNA构建体，其在植物细胞中表达时提供植物种子中增加的植物产物营养成分，尤其增加的赖氨酸。专利技术简述本文中提供DNA构建体，当其在转基因植的物基因组内生效时赋予植物种子中增加的赖氨酸水平。收获的高赖氨酸种子用于产生食物和饲料产品，如需要少量或不需要赖氨酸补充的玉米粉(也称作"masaharina")、玉米粗粉和粗粉产品。优选地，转基因植物及种子是作物植物及种子，优选地是单子叶植物及种子并且最优选地是玉米植物及种子。本专利技术提供包含DNA构建体并具有种子中增加的赖氨酸水平的转基因植物及种子。本专利技术的DNA构建体包含在玉米细胞中表达时抑制赖氨酸降解多肽产生的分子和在玉米细胞中表达时提供赖氨酸不敏感性二氢吡啶二羧酸合酶多肽或赖氨酸不敏感性天冬氨酸激酶产生的分子。收获的谷物，即便在无活性并且因此不用作种子时，仍提供由本专利技术实现的较高赖氨酸水平和较高蛋白质品质。此类收获的谷物能够以常规谷物那样的相同方式加工。因此，在另一个实施方案中，本专利技术提供通过培育本专利技术的转基因植物并收获含有高赖氨酸的种子，或通过加工本专利技术的种子或其部分而制备的高赖氨酸动物饲料产品。在又一个实施方案，本专利技术提供通过培育本专利技术的转基因植物并收获含有高赖氨酸的种子，或通过加工本专利技术的种子或其部分而制备的粗粉或粗粉产品。在本专利技术的一个实施方案，DNA构建体包含针对在植物细胞、尤其玉米细胞中表达而增强的新颖多核苷酸组合物。一种新颖多核苷酸(SEQ ID NO:5)编码二氢吡啶二羧酸合酶多肽并且另一种新多核苷酸(SEQ ID NO:9)与赖氨酸酮戊二酸还原酶的多核苷酸编码序列的一部分同源及互补。在植物细胞、尤其是玉米植物细胞并且优选在玉米种子细胞中表达时，该DNA构建体引起玉米种子中赖氨酸增加。该DNA构建体包含多核苷酸例如编码赖氨酸不敏感性二氢吡 啶二羧酸合酶的序列如SEQ ID NO:1，和编码赖氨酸酮戊二酸还原酶的序列如SEQ ID NO:2，其中所述序列用作模板以设计抑制性RNA，或编码天冬氨酸激酶的序列如SEQ ID N0:3。DNA构建体优选地包含得到增强以指导玉米种子中可操作连接的多核苷酸转录的启动子分子。此外，新DNA分子(SEQ IDNO:10)包含具有赖氨酸酮戊二酸还原酶基因靶的基因抑制分子，其中基因抑制分子镶嵌在DNA构建体的内含子内。在另一种实施方案，本专利技术提供通过使近交亲代杂交以提供杂交种子而产生高赖氨酸玉米种子的方法，其中每种亲代在其基因组中含有本专利技术DNA构建体的一种或多种植物表达盒并且该表达盒在每种亲代 中彼此相异并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＤＮＡ构建体，包含编码基本上抵抗由游离Ｌ－赖氨酸所致反馈抑制的二氢吡啶二羧酸合酶的异源植物表达盒；并且还包含被转录以产生抑制赖氨酸酮戊二酸还原酶／酵母氨酸脱氢酶的ＲＮＡ分子的ＤＮＡ分子；其中每种ＤＮＡ分子与种子增强型启动子可操作连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TM马尔瓦，S黄，MH吕蒂，
申请(专利权)人：孟山都技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]