改变了氨基酸含量的植物及其生产方法技术

本发明专利技术涉及转化植物及其子代，在通过改变其ＡＴＰ／ＡＤＰ－转运蛋白－基因调控序列和／或基因拷贝数之后，与未经转化的植物相比，同时表现出多种氨基酸含量的改变。本发明专利技术还进一步涉及生产该类植物的方法及其作为有用植物或者在饲料工业中的应用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及转化植物及其子代，在通过改变其ATP/ADP-转运蛋白-基因调控序列和/或基因拷贝数之后，与未经转化的植物相比，同时表现出多种氨基酸含量的改变。本专利技术还进一步涉及生产该类植物的方法及其作为有用植物或者在饲料工业中的应用。人类和动物只能在体内合成20种氨基酸中的11种，因此其余9种氨基酸被称为必需氨基酸，只能通过食物获得。人类和家畜的基本营养大部分是建立在植物成分之上的。必需氨基酸有赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸和组氨酸。但问题是在食用植物中必需氨基酸的含量通常很底。因此，在以谷物和蔬菜为主的食物内经常要添加合成的氨基酸，以提高其营养成分。很久以前，人们做了许多尝试，提高自由氨基酸的含量。然而，这些试验主要是停留在传统的变异品种的培育和筛选方法之上。后来，人们越来越多地采用分子遗传学技术，以提高必需氨基酸的含量。WO 97/28247，WO 98/13506和WO 97/35023描述了最早的实验，它涉及到一种富含赖氨酸和甲硫氨酸的种子特异性贮藏蛋白质的异源性的表达。但也存在不利之处，即同时提高了结合氨基酸的含量。近年来，有许多关于直接影响氨基酸合成的报道。他们描述了在植物中编码某一特定氨基酸合成酶的单个基因的高效(过度)表达，其结果是引起各自终末产物生物合成的增加。另外，还有一些关于影响酶的动力学的实验报道，特别是所谓酶的产物抑制问题。例如Shaul和Galili(1993，Plant Mol Biol 23759-768)以及Falco等人(1995，Bio/Technology 13577-582)报道了一种高产赖氨酸的植物，但他同时伴有自由苏氨酸生成的减少。在此，主要起作用的是天门冬氨酸激酶，该酶是那些由天门冬氨酸盐衍生的氨基酸的生物合成途径中的第一个酶，受赖氨酸的抑制。为了避免这一反馈抑制，实验在植物中高效(过度)表达了经过遗传学修饰的天门冬氨酸激酶基因(WO94/25605)。这种被改变了的天门冬氨酸激酶，对赖氨酸和苏氨酸具有一个非常强的降低反馈抑制作用，其结果是导致赖氨酸生成的增加。另外，这种对于赖氨酸反馈抑制不敏感的天门冬氨酸激酶，与其他的生物合成酶一起业已得到高效(过度)表达。这一实验是通过棒状杆菌进行的(1991，Applied and Environmental Microbiology 571746-1752)。然而，在棒状杆菌中，赖氨酸增加的同时，出现了细菌生长速度强烈的降低，这对赖氨酸的平衡有负的影响。Shaul和Galili(1993，Plant Mol Biol 23759-768)曾经用这些不仅具有反馈-不敏感的天门冬氨酸激酶、而且带有反馈-不敏感的二氢-吡啶甲酸合成酶的植物进行实验，发现这两种酶在氨基酸生物合成途径中占据同一个关键位置。因此，高效表达这些“瓶颈”酶不会使两种氨基酸—赖氨酸和苏氨酸含量提高。多数情况下只见有游离赖氨酸的生成增加，同时伴有明显的游离苏氨酸含量的降低。除了上述一种或两种氨基酸生物合成基因的过表达外，WO 98/56935，EP 0 854 189和EP 0 485 970对多基因插入以高效表达一种或两种氨基酸含量进行了描述，其目的是为了在同一植物体内同时影响一种或多种氨基酸。这一实验是以对同一植物体内的许多基因进行修饰为前提，即必须制造一种带有多个转基因的植物体。这一过程不仅非常烦琐，而且对植物体遗传物质的大量侵入，隐藏着由许多不可遇见的副反应造成的危险性。本专利技术的目的提供一种转基因植物及其生产技术，而且不会产生上述的缺点。令人惊奇的是，这一专利技术达到了预期的效果。在这种转基因植物体内，改变ATP/ADP-转运蛋白-基因的调控序列和/或拷贝数之后，与未经转化的植物相比，使一种直至多种氨基酸含量发生了变化。本专利技术中的转基因植物体表明，它能够改变一种或多种必需氨基酸的含量。与未经转化的植物相比，本专利技术中的转基因植物体还表明，特别能够提高一种或多种必需氨基酸的含量。本专利技术的转化植物是有用植物，主要是具有经济价值的作物，如马铃薯或玉米，但又不局限于以上各属。本专利技术不仅涉及上述的转化植物，他们的种子和子代，而且还包括由这种转化植物产生的组织、细胞或者具有繁殖能力的物质。在本专利技术的一个实施方案中，通过编码ATP/ADP-转运蛋白-基因在植物体内高效表达，以提高具有营养生理学和经济学价值的氨基酸的含量，如赖氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、组氨酸、异亮氨酸和亮氨酸。在被称作98系的转化植物体内的游离赖氨酸的含量提高28％，在被称作62系的转基因植物体内的游离赖氨酸的含量提高到25.75％。令人惊奇的是，在植物体内，当ATP/ADP-转运蛋白-活性提高50％时，赖氨酸的含量就已经提高了25％。而98系中，甲硫氨酸的含量提高11％。除此之外，其他必需氨基酸也得到了相应的提高，如缬氨酸(12.5％在98系中)、色氨酸(50％在98系中)、苏氨酸(12.5％在98系中)、组氨酸(23.5％在98系中，20％在62系中)、异亮氨酸(25％在98系中)和亮氨酸(40％在98系中)。相应地，反义定位的ATP/ADP-转运蛋白的过表达只能导致在各自转基因植物体内的氨基酸含量的降低，它们分别被称作594系和595系。如赖氨酸的含量只有野生型的1/4，而甲硫氨酸的含量只有野生型的1/8。表一概括了在野生马铃薯(Solanum tuberosum)内和转化马铃薯内的氨基酸种类及含量。与野生马铃薯相比，本专利技术中的转化马铃薯植物体内游离氨基酸的总含量提高了7％。本专利技术还有一个特别的优点通过单个基因，即ATP/ADP-转运蛋白的表达之效率的提高，可以达到同时提高多个氨基酸、主要是必需氨基酸含量的目的。本专利技术的转化植物的特征还在于，叶绿体膜中ATP的转运容量得到提高。本专利技术涉及到作为上述植物的插入物的ATP/ADP-转运蛋白-基因，这一基因带有来源于鼠耳芥的、编码附附图说明图1所示氨基酸序列的核苷酸序列。按照本专利技术，原则上来说，只要是具有叶绿体的生物体，其ATP/ADP转运基因的利用都是可行的。优选的生物体主要是植物，绿藻或者藓类。一般认为，ATP/ADP-转运蛋白-基因存在于内部的叶绿体膜之中。这一部位主要是起转运ATP和ADP的作用。此处，叶绿体的ADP通过与ATP交换的形式被运往胞质体。通过提高ATP/ADP-转运蛋白-活性，使叶绿体内ATP含量增高(Neuhaus et al.1993，The Plant Journal，1173-82)。Tjaden等人(1998，Plant Journal 16531-540)曾经指出，由于ATP/ADP-转运蛋白的高效表达，使从马铃薯内叶绿体ATP的摄入平均超出野生型的摄入容量的50％。富含能量的ATP分子的增加，能够促进淀粉和脂肪酸的合成(Mhlmann et al.，1994，Planta，194492-497；Neuhaus et al.1993，Plant Physiology 101573-578；Tjaden et al.1998，Plant Neuhaus etal.1993，Plant 16531-540)。本专利技术认为，只要基本功能相同，ATP/本文档来自技高网...

【技术保护点】
转化的植物及其子代，其特征在于：在通过改变其ＡＴＰ／ＡＤＰ－转运蛋白－基因调控序列和／或基因拷贝数之后，与未经转化的植物相比，同时表现出多种氨基酸含量的改变。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A赖因德，PL盖根贝格，HE诺伊豪斯，K格蕾威卡芬克勒，T莫曼，J逖宅恩，
申请(专利权)人：巴斯福植物科学有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]