调节产纤维植物中纤维素生物合成的方法和手段技术

一种用于在产纤维植物中增加纤维素生物合成的方法，包括给所述产纤维植物的细胞提供一种嵌合基因的步骤，所述嵌合基因包括以下可操纵连接的ＤＮＡ片段：　　　　ｉ）在所述植物的所述细胞中可表达的启动子；　　　　ｉｉ）编码包括ＳＥＱ　　ＩＤ　　Ｎｏ．５或ＳＥＱ　　ＩＤ　　Ｎｏ．６或ＳＥＱ　　ＩＤ　　Ｎｏ．７或ＳＥＱ　　ＩＤ　　Ｎｏ．８的氨基酸序列的蛋白或其变体的ＤＮＡ区域，所述变体具有同样的酶活性；　　　　ｉｉｉ）参与转录终止和聚腺苷酸化的３’区域。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及农业生物工程学领域。更具体地，本专利技术提供了参与纤维素生物合成的新的基因以及使用此类基因调节产纤维植物例如棉属植物中的纤维素生物合成的方法。本专利技术也提供了用于在产纤维植物群体中鉴别并分离这些基因的与产生的纤维的品质有关联的等位基因的方法。
技术介绍
纤维素是高等植物细胞壁的主要结构多糖。β-1，4-联葡糖残基(β-1，4-1inked glucosyl residues)的链在合成后迅速组装形成坚硬的、在化学性质上具有抵抗力的微纤维。其机械特性及其在细胞壁的定位影响了细胞在不同反向的相对伸展性，并决定成熟细胞和器官的最终机械特性。这些机械特性对于木材、纸张、纺织品和化学工业极为重要。很多用于纺织业的高质量纤维是棉属植物产生的。全世界的大约90％的棉属植物是陆地棉(Gossypium hirsutum L.)，而海岛棉(Gossypiumbarbadense)占大约8％。已经在多种植物中通过突变分析鉴定了若干种参与纤维素生物合成的基因。鼠耳芥(Arabidopsis thaliana)的突变株说明，体内纤维素合成需要编码糖基转移酶的AtCesA基因家族成员的活性(Arioli等，1998；Taylor等，1999；Fagard等，2000；Taylor等，2000；Scheible等，2001；Burn等，2002a；Desprez等，2002)、编码膜相关性内-1，4-β-D-葡聚糖酶的AtKOR1基因(At5g49720)活性(Nicol等，1998；Zuo等，2000；Lane等，2001；Sato等，2001)、编码一种功能未知的质膜蛋白的KOBITO1的活性(Pagant等，2002)和编码ER中进行N-糖基化/品质控制途径的酶的基因的活性(Lukowitz等，2001；Bum等，2002b；Gillmor等，2002)。内-1，4-β-D-葡聚糖酶在纤维素合成中的功能仍有待确定，但其缺乏BnCel16的对结晶纤维素的活性，BnCel16是一种相关的欧洲油菜(Brassica napus)酶(Mlhj等，2001)，这提示这种酶可能裂解非结晶葡聚糖链，例如脂质连接引物(lipid-linked primer)或葡聚糖供体(Williamson等，2001；Peng等，2002)。番茄Ce13(LeCe13)是第一种得到鉴定的膜相关性内-1，4-β-D-葡聚糖酶(Brummel1等，1997)，而LeCe13的抗体检测到棉纤维蛋白在除草剂抑制纤维素合成的过程中被上调(Peng等，2001)。棉纤维膜成分的体外纤维素合成活性需要Ca2+，而由于外源性的Ca2+-非依赖性内-1，4-β-D-葡聚糖酶可使得纤维素合成活性恢复，因此认为KOR(GhKOR)的棉属植物直向同源物是内源性Ca2+-依赖性因子(Peng等，2002)。截短形式的BnCel16在体外显示出Ca2+-依赖性(Mlhj等，2001)。进一步遗传学数据指向应答于N-糖基化/品质控制途径的酶缺陷的纤维素合成。这些步骤出现于ER而不是在质膜，且因此可能通过为质膜提供关键的糖蛋白而仅仅间接作用于合成。当富甘露糖寡糖Glc3Man9GlcNac2在ER膜的多萜醇上组装并被转移到含有Asn-X-Ser或Asn-X-Thr基序(其中X是除Pro以外的任何氨基酸)的新合成的蛋白质的Asn残基的时候即开始N-糖基化。通过葡糖苷酶I和II进一步加工糖蛋白，N-糖基化与负责保证新合成的蛋白质正确折叠的品质控制途径相交(Helenius and Aebi，2001；Vitale，2001)。葡糖苷酶I去除末端α-1，2-联葡糖残基以产生Glc2Man9GlcNac2，而葡糖苷酶II去除下一个α-1，3-葡糖残基。携带所得GlcMan9GlcNac2的多肽特异性结合分子伴侣(钙连接蛋白和钙网蛋白)以及或许其他的可促进新合成的蛋白质的正确折叠的蛋白质。当葡糖苷酶II将结合分子伴侣所需的最后的Glc残基去除后，糖蛋白释放所述分子伴侣。然后糖蛋白葡糖基转移酶将一个Glc残基再次结合到非正确折叠的糖蛋白的Man9GlcNAc2，如此使得它们可再次结合分子伴侣并仍拥有正确折叠的机会。不过，正确折叠的蛋白质则不能被该酶再次葡糖基化，而是通过分泌途径前进以进一步加工和输送。该途径中的若干个环节的缺陷可影响纤维素合成。序列分析显示，马铃薯MAL1基因编码一种葡糖苷酶II，且反义抑制降低了葡糖苷酶II活性(Taylor等，2000a)。与对照相比，当生长于田间环境时，M4LJ反义植物积聚较少的纤维素，不过，在暖房条件下没有明显的表型。胚芽致死knopf突变体缺乏葡糖苷酶I并严重缺乏纤维素(Gillmor等，2002)。最后，胚芽致死cyt1突变体是来自甘露糖-1-磷酸guanylyltransferase缺陷的纤维素缺陷体，该酶产生组装高甘露糖寡糖所需的(包括其他)UDP-Man，高甘露糖寡糖自多萜醇转移至新生的蛋白质(Lukowitz等，2001)。影响纤维素合成的突变主要针对那些N-糖基化途径与品质控制途径发生交叉的早期步骤。似乎特别重要的是品质控制，而不是在重要蛋白质上产生成熟聚糖，这是由于一种N-乙酰氨基葡萄糖转移酶I的缺陷没有产生可检测到的表型，该缺陷阻断了高尔基体中形成成熟的N-联聚糖的步骤(von Schaewen等，1993)。Baskin等，1992描述了鼠耳芥属突变体，这些突变体显示出根部径向膨胀，这些突变体称为rsw1、rsw2和rsw3。这些突变系显示出纤维素的产生具有选择性降低(Peng等，2000)。WO98/00549一般性涉及分离的基因，这些基因编码参与植物中纤维素生物合成的多肽，还涉及转基因植物，其表达有义或反义方向的所述基因或作为核酶、共抑制或基因导向分子的所述基因。更具体地，其请求保护一种核酸分子，其分离自鼠耳芥、稻米(Oryza sativa)、小麦、大麦、玉米、芸苔(Brassica ssp.)、陆地棉和桉(Eucalyptus ssp)，其编码一种对纤维素生物合成十分重要的酶，特别是纤维素合酶及其同源物、类似物和衍生物，及其在产生表达改变了的纤维素生物合成特性的转基因植物中的用途。WO 98/50568公开了使用编码内-1，4-β-葡聚糖酶的核苷酸序列在植物中抑制细胞的生长。所述核苷酸序列与鼠耳芥属KOR蛋白序列或如下所述的一种蛋白序列完全或部分相对应，所述的一种蛋白序列的N端与所述KOR的前107个氨基酸具有至少40％相同性且优选地具有70％相同性。WO 97/24448描述了重组的和分离的核酸，所述核酸编码一种植物α-葡糖苷酶。其也提供了一种反义核苷酸以及所述分离的或重组的序列和反义序列的用途。该专利技术的用途包括增强和降低α-葡糖苷酶的表达以及提供新的淀粉。WO 00/08175涉及编码来自马铃薯的具有α-葡糖苷酶活性的蛋白质的核酸分子。该专利技术也涉及用于产生合成改性淀粉的转基因植物细胞和植物的方法。该专利技术进一步涉及含有所述核酸分子的载体和宿主细胞、由该专利技术的方法得到的植物细胞和植物、由所述植物细胞合成的淀粉以及产生此类淀粉的方法。WO 98/39455公开了一种参与微生物合成纤维素的基因和酶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：理查德·威廉森，乔安妮·伯恩，
申请(专利权)人：澳大利亚国立大学，
类型：发明
国别省市：