一种提高植物有用次生物质含量的基因工程方法技术

一种提高植物有用次生物质含量的基因工程方法，其特征是包括步骤：　　　　ａ）构建嵌合基因，包括编码在植物细胞中起作用的启动子的核酸片段，和与启动子为反向和／或正向连接，编码全部或部分植物木质素合成关键酶的核酸片段，及转录终止区；　　　　ｂ）将嵌合基因导入植物细胞，产生转基因植物细胞；　　　　ｃ）将转基因植物细胞生长在适宜嵌合基因表达的条件下；　　　　ｄ）筛选与鉴别转基因植物细胞，与同类非转化植物细胞相比，至少一种木质素合成关键酶和木质素含量被减少，而至少有一种有用次生物质的含量被提高。　　　　ｅ）将转基因植物细胞进一步培养成为转基因植株，或转基因愈伤组织，或转基因细胞系。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物育种
，尤其是关于一种利用基因工程技术提高植物有用次生代谢产物的方法。
技术介绍
植物次生代谢产生许多有实用价值的天然产物，是很多药物，化妆品，香料，色素等的原料。传统药材含有的有效成份大部分是次生代谢产物，但在天然植物中，这些有用次生物质的含量通常就很低，在栽培和组培植物中更低。因此提高药用植物有效成份含量，是有效利用植物资源，保证中药质量和中药资源可持续利用所迫切需要解决的问题。木质素是植物体中总量仅次于纤维素的第二大有机物质，占植物次生物质总量的95％以上(Anterola A，Lewis N.Trends in Ligninmodificationa comprehensive analysis of the effects of geneticmanipulations/mutations on lignification and vascular integrity.Phytochemistry.2002，61(3)221～294)。木质素及其它许多重要次生物质如植物药的重要成份黄酮类、木脂素、酚类、生物碱、花色素等均由苯丙烷途径(Phenylpropanoid Pathway)合成(http//www.genome.ad.jp/kegg/pathway/map/map00940.html)，它们对共同前体(底物)存在着竞争性利用关系。木质素虽在植物体内具有一定的生理功能，但其过多地合成既消耗了大量的碳架结构和能量，也是造纸工业的污染源，并增加其生产能耗；在饲草中木质素含量过高会降低其消化吸收率。所以近年来人们已较重视木质素含量调控，已成为植物基因工程研究的一个重要方向。羟基肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl CoA reductase，CCR)可还原3种羟基肉桂酸的COA酯，生成相应的肉桂醛(Pichon M，courbou I，Beckert M et al.Cloning and characterization of two maize cDNAsencoding cinnamoyl-CoA reductase(CCR)and differential expression ofthe corresponding genes.Plant Mol.Bio.1998，38(4)671～676)。该酶催化木质素单体生物合成途径的第一个特异步骤，因此对进入木质素合成途径的碳流具有调控作用。Abbott等(Abbott JC，Barakate A，PinconG et al.Simultaneous suppression of multipe genes by singletransgenes.Down-regulation of three unrelated lignin biosynthetic genesin tobacco.Plant Physiol.2002，128844～853)在烟草上的研究证明了抑制CCR基因表达可大幅度降低植株木质素含量。这些研究结果显示了基因工程技术调控CCR基因表达来改变植物木质素含量的可能。此外，目前已在拟南芥、烟草、扬树等多种植物上获得了木质素含量或成份改变的转基因植株。已证明对木质素含量具有控制作用的关键酶基因包括PAL(L-phenylalanine ammonia-lyase，苯丙氨酸解氨酶)(Bate N，Orr J，Ni W.et a；.Quantitytive relationship betweenphenylalanine ammonia-lyase levels and phenylpropanoid accumulationin transgenic tobacoo identifies a rate-determining step in natural productsynthesis.1994，PNAS，917608-7612)，C4H(cinnamate 4-hydroxylase，肉桂酸-4-羟化酶)(Blee K，Choi JW，O’Connell AP et al.Antisense andsense expression of cDNA coding for CYP73A1 5，a class II cinnamate4-hydroxylase，leads to a delayed and reduced production of lignin intobacco.Phytochemistry 2001，57(7)1159-66)，4CL(4-coumaratecoenzyme A ligase，羟基肉桂酸辅酶A连接酶)(Kajia S，KatayamaY，Omori S.Alteration in the biosynthesis of ligninin transgenic plants with chimeric genes for 4-coumaratecoenzyme Aligase.Plant Cell Physiol.1996，37957-965)，COMT(caffeic acidO-methyltransferase，咖啡酸甲基转移酶)(Atanassova R，Favet N，Martz F，Chabbert b，Tollier M-T，Monties B，Fritig B，Legrand M(1995)Altered lignin composition in transgenic tobacco expressingO-methyltransferase sequences in sense and antisense orientation.Plant J8465-477)，CCoAOMT(caffeoyl-CoA 3-O-methyltransferase，5-腺苷-甲硫氨酸咖啡酰辅酶A/5-羟基阿魏酰辅酶A-O-甲基转移酰)(ZhongR，Morrison WH，Himmelsbach DS et al.Essential role of caffeoylcoenzyme A O-methyltransferase in lignin biosynthesis in woody poplarplants.Plant Physiol.2000，124563-577)，CCR(cinnamony-CoAreductase，羟基肉桂酰辅酶还原酶)。通过抑制这些酶基因的表达，均可降低植物木质素含量。但有关木质素基因工程研究，目前主要集中于植物木质素含量的降低和其组分的改变，而尚未见木质素含量的调控对其它次生代谢途径产物合成影响的系统研究报道；此外，在细胞和组织培养中，采用抑制剂降低竞争途径代谢流来提高目标产物含量已有成功，但通过抑制竞争途径关键酶基因表达来为所需次生产物合成途径提供更多底物的研究尚未见报道。本专利技术利用“底物竞争”机制，采用基因工程技术调节有关木质素合成特异酶系CCR，CCoAOMT，COMT，4CL，C4H，C3H，PLA等基因表达，降低木质素生物合成量，为药用植物活性成分等有用次生物质合成提供更多底物，从而提高植物有用次生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锦清，黄锐之，王伏林，刘智宏，陈笑芸，胡张华，吴关庭，郎春秀，金卫，郭晨悦，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：