合成改性淀粉的单子叶植物细胞和植物制造技术

本发明专利技术涉及遗传修饰的单子叶植物细胞和植物，其中该遗传修饰包括导入编码具有Ｒ１蛋白生物活性的蛋白质的外源核酸分子。本发明专利技术还涉及其生产手段和方法。这类植物细胞和植物合成一种改性淀粉，其特征在于：与来自未遗传修饰的相应单子叶植物的淀粉相比，其磷酸含量升高，和／或磷酸化模式改变，和／或在ＲＶＡ图中的终粘度提高，和／或在ＤＳＣ分析中的峰值温度降低，和／或在结构分析中的凝胶强度提高。因此，本发明专利技术也涉及由根据本发明专利技术的植物细胞和植物合成的淀粉，和生产这种淀粉的方法。本发明专利技术还涉及含有这种改性淀粉的小麦粉，以及含有这种小麦粉和／或淀粉的食品和焙烤食品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遗传修饰的单子叶植物细胞和植物，其中该遗传修饰包括导入编码具有R1蛋白生物活性的蛋白质的外源核酸分子。本专利技术还涉及其生产手段和方法。这类植物细胞和植物合成一种改性淀粉，其特征在于与来自未遗传修饰的相应单子叶植物的淀粉相比，其磷酸含量升高，和/或磷酸化模式改变，和/或在RVA图中的终粘度提高，和/或在DSC分析中的峰值温度降低，和/或在结构分析中的凝胶强度提高。因此，本专利技术也涉及由根据本专利技术的植物细胞和植物合成的淀粉，和生产这种淀粉的方法。本专利技术还涉及含有这种改性淀粉的小麦粉，以及含有这种小麦粉和/或淀粉的食品和焙烤食品。
技术介绍
最近，随着作为原料可再生来源的植物内容物的重要性越来越高，生物技术研究的任务之一是努力使这些植物原料适应加工工业的需要。为了促进可再生原料在尽可能多的领域中应用，也必须提供相当多的物质。除了油类、脂肪和蛋白质外，多糖也是来自植物的重要可再生原料。除纤维素之外，淀粉(高等植物中最重要的贮存物质之一)可能在多糖中占据中心地位。多糖淀粉是化学均一的基本成分(即葡萄糖分子)的多聚体。然而，它是不同分子形式的极其复杂的混合物，在聚合程度和在葡萄糖链中出现分支区方面不同。因此淀粉不是一种均一的原料。两种化学上不同的淀粉成分——直链淀粉和支链淀粉之间存在差别。在用于生产淀粉的典型植物中，如玉米、小麦或马铃薯，合成的淀粉含有可达约20％-30％的直链淀粉和可达约70％-80％的支链淀粉。有很长一段时间认为直链淀粉是由α-1，4-糖苷键合的α-D-葡萄糖单体组成的线性多聚体。然而，在最近的研究中，检测到存在大约0.1％的α-1，6糖苷分支位点(Hizukuri和Takagi，Carbohydr.Res.134，(1984)，1-10；Takeda等人，Carbohydr Res.132，(1984)，83-92)。然而，完全分离直链淀粉与支链淀粉实际上非常困难，因此，直链淀粉的质量强烈依赖于所选择的分离方法的类型。与直链淀粉不同，支链淀粉分支更多，大约含有4％的分支位点，它们是由于存在其它α-1，6糖苷键而形成的。支链淀粉是不同分支的葡萄糖链的复合混合物。这两种分子的另一个显著差异是它们的分子量。根据淀粉来源，直链淀粉的分子量为5×105-106Da，而支链淀粉为107-108Da。这两种大分子能根据其分子量和不同的物理化学性质区分，最易表现在不同的碘键合性质。直链淀粉与支链淀粉的另一个显著差异在于可与这些大分子结合存在的痕量物质的相对含量。直链淀粉对疏水性分子有高亲和力。尤其在谷类中，直链淀粉能与含量相对较高的脂类复合(Morrison，Cereal Foods World 40，(1995)，437-446)。另一方面，支链淀粉能以淀粉磷酸单酯的形式含有共价键合的无机磷酸，这对于直链淀粉迄今尚未有描述。特别是在由块茎获得的淀粉中发现有高含量的磷酸单酯。在市售淀粉中，马铃薯淀粉磷酸含量最高，为10-30nmol mg-1淀粉。在姜黄属(Curcuma)的某些种类中，磷酸含量甚至高2-4倍(Bay-Smidt等人，第5届ISPMP会议论文集，(1997)，741)，而在谷类中大约低100倍(Kasemsuwan和Jane，Cereal Chem.73，(1996)，702-707)。与来自块茎、根和荚的淀粉不同，谷类淀粉(单子叶植物)中可检测到的磷酸很少是淀粉单酯衍生物的形式，而主要是磷脂的形式(Jane等人，Cereal Foods World 41，(1996)，827-832)。除了直链淀粉/支链淀粉比和磷酸含量之外，淀粉的功能性质也受其分子量、侧链分布模式、离子含量、脂类和蛋白质含量等的影响。在此应当提到的重要功能性质有溶解度、退化行为、吸水性、薄膜形成特性、粘度、胶固特性、冻融稳定性、酸稳定性、凝胶强度等。淀粉颗粒大小对于不同的用途也可能是重要的。原则上能通过遗传工程方法或通过天然淀粉随后的化学磷酸化改变磷酸含量(参见，例如《淀粉化学和技术》，R.L.Whistler，J.N.BeMiller和E.F.Paschall编著，Academic Press，New York，1988，349-364)。然而，化学修饰通常昂贵且耗时，而且产生的淀粉的理化性质可能与体内修饰的淀粉不同。由于来源于单子叶野生型植物，特别是来源于谷类植物(小麦、水稻、玉米、燕麦、粟、黑麦)的淀粉，只含有极少量的淀粉磷酸单酯形式的磷酸(Lim等人，Cereal Chem.71，(1994)，488)，因此，本专利技术的一个目的在于提供单子叶植物，它们与相应的野生型植物细胞和植物相比，能合成磷酸含量(淀粉磷酸单酯含量)提高且理化性质改变的淀粉。
技术实现思路
因此本专利技术的主要目的在于提供遗传修饰的单子叶植物细胞和植物，与未遗传修饰的相应野生型植物细胞和植物相比，它们能合成结构和/或功能性质发生改变的淀粉，本专利技术目的还在于提供淀粉，其结构和功能性质不同于来自未遗传修饰的相应野生型植物细胞和植物的淀粉和化学修饰的淀粉，因而更适于普通和/或特殊的工业用途。此目的通过权利要求书所述的实施方案实现，因为已经惊讶地发现，向单子叶植物细胞和植物的基因组中导入外源核酸分子使得该单子叶植物细胞和植物中合成的淀粉的结构和/或功能性质改变。外源核酸分子的表达主要在单子叶植物(特别是小麦植物)的淀粉贮藏器官中有利，而且使得自淀粉贮藏器官分离的淀粉与自未遗传修饰的相应野生型植物(特别是小麦植物)的淀粉贮藏器官分离的淀粉相比，磷酸含量提高，粘性改变。而且，根据本专利技术的淀粉与化学磷酸化的淀粉的区别在于改变的磷酸化模式和改变的粘性，在淀粉胶固和凝胶形成之后，区别还在于改变的凝胶强度。因此，本专利技术涉及遗传修饰的单子叶植物细胞，其中该遗传修饰包括至少一种外源核酸分子的导入，该外源核酸分子选自a)含有Seq ID No.1所示核苷酸序列的编码区的核酸分子；b)编码具有Seq ID No.2所示氨基酸序列的马铃薯(Solanumtuberosum)R1蛋白的核酸分子；c)是Seq ID No.1所示核苷酸序列的衍生物的核酸分子；和d)是(a)、(b)或(c)所述核酸分子的片段的核酸分子。在本专利技术中，术语“遗传修饰的”是指由于导入外源核酸分子，植物细胞的遗传信息改变，以及外源核酸分子的存在或表达导致表型改变。术语“表型改变”优选地是指细胞一种或多种功能的可测量的改变。例如，根据本专利技术的遗传修饰的植物细胞显示改变的表达模式。在本专利技术中，术语“遗传修饰”是指根据本专利技术的单子叶植物细胞至少含有一种以适当方式整合于基因组中的外源核酸分子。在本专利技术中，可以认为术语“外源核酸分子”是指这样一种核酸分子，其编码一种具有R1蛋白生物活性的蛋白质，优选地来自马铃薯的R1蛋白，并且不在未遗传修饰的相应野生型植物细胞中天然存在。外源核酸分子优选地是由不同成分组成的重组分子，其组合或特异性空间排列不在植物细胞中天然存在。根据本专利技术的单子叶植物细胞至少含有一种外源核酸分子，其中后者优选地与确保在植物细胞中转录的调节DNA元件(特别是启动子)连接。编码马铃薯R1蛋白的外源核酸分子的一个例子如SEQ ID No.1所示。WO 97/11188 A1和Lorberth本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遗传修饰的单子叶植物细胞，其中该遗传修饰包括至少一种外源核酸分子的导入，该外源核酸分子选自：ａ）含有ＳｅｑＩＤＮｏ．１所示核苷酸序列的编码区的核酸分子；ｂ）编码具有ＳｅｑＩＤＮｏ．２所示氨基酸序列的马铃薯 （Ｓｏｌａｎｕｍ　ｔｕｂｅｒｏｓｕｍ）Ｒ１蛋白的核酸分子；ｃ）是ＳｅｑＩＤＮｏ．１所示核苷酸序列的衍生物的核酸分子；和ｄ）是（ａ）、（ｂ）或（ｃ）所述核酸分子的片段的核酸分子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G舍韦，P克尼斯，SF阿玛蒂，H洛茨，D贝克尔，V兰德许茨，J皮林，
申请(专利权)人：拜尔作物科学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]