硫氧还蛋白和谷物加工制造技术

本发明专利技术提供了加工谷物，特别是玉米和大豆的新方法，其利用硫氧还蛋白和／或硫氧还蛋白还原酶以增强淀粉和蛋白质的可提取性和回收。本发明专利技术还提供了表达热稳定的硫氧还蛋白和／或硫氧还蛋白还原酶的转基因植物。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于谷物加工特别是玉米湿磨和大豆加工，以增强蛋白质和淀粉回收的新方法，以及用于这种方法的新转基因植物。硫氧还蛋白(TRX)和硫氧还蛋白还原酶(TR)是利用NADPH还原蛋白质中二硫键的酶。蛋白质二硫键在谷物加工效率和从谷物加工中回收产物的质量等方面起重要作用。开发去除或降低谷物中蛋白质二硫键的量的有效方法将大大增加加工效率。另外，牲畜饲料中的谷物性能还受到分子内及分子间二硫键的影响谷物可消化性、营养可得性和抗营养因子(如，蛋白酶、淀粉酶抑制剂等)的中和通过降低二硫键的程度均可增加。转基因硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶在玉米及大豆中的表达，以及硫氧还蛋白在谷物加工(如湿磨)中的用途有新颖性，且提供了另一种在工业加工过程中降低种子蛋白质中二硫键的方法。本专利技术因此提供了带有改变的储存蛋白质质量的谷物，以及在工业加工或动物消化过程中(以下均称为“加工”)加工性能质量上不同于正常谷物的谷物。硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的递送方法避免了在加工中形成用于添加的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的外部来源需要。通过谷物提供硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的第二个优点是在加工之前或作为额外的加工步骤，不必物理性破坏种子的完整性以使酶与种子的储存或基质蛋白质接触。提供了在谷物加工中利用硫氧还蛋白的三种模式1)在种子发育过程中表达和作用以改变收获的谷物之组成和质量；2)在种子发育过程中表达(但无活性)以改变经加工时的产物质量；3)谷物中硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的产生用于在加工过程中通过添加改变其他谷物产品的质量。本专利技术因此提供了一种在谷物制粉方法中增加淀粉和蛋白质分离效率的方法，包括在补加的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶存在下于高温中浸渍谷物，和分离谷物中的蛋白质和淀粉成分的步骤。一种如上述的方法，其中谷物包括来自转基因植物的谷物，其中转基因表达硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶，特别是热稳定的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶。一种如上述的方法，其中植物选自双子叶植物或单子叶植物，特别是来自谷类，尤其特别是来自玉米(Zea mays)和大豆。本专利技术还提供了转基因植物。特别是，本专利技术提供了一种包含编码硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的异源DNA序列的植物，所述DNA序列稳定地整合入植物的核或质体DNA。一种如上述的植物，其中硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶是热稳定的。一种如上述的植物，其中硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶选自SEQID NO1，SEQ ID NO2，SEQ ID NO3，SEQ ID NO4，SEQ IDNO5，SEQ ID NO6和SEQ ID NO7。一种如上述的植物，其中植物选自玉米和大豆。本专利技术还提供了一种植物可表达的表达盒，其含有与在植物中有功能的启动子和终止子序列有效连接的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶编码区。一种如上述的植物可表达的表达盒，其中硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶是热稳定的。一种如上述的植物可表达的表达盒，其中硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶选自SEQ ID NO1，SEQ ID NO2，SEQ ID NO3，SEQ IDNO4，SEQ ID NO5，SEQ ID NO6和SEQ ID NO7。本专利技术还提供了一种制备包含高水平的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的谷物的方法，包括用如上述的表达盒转化植物。一种制备包含高水平的硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的谷物的方法，包括给含有异源表达盒的第一种植物用来自含有异源表达盒的第二种植物的花粉授粉，其中所述第一种植物的表达盒中含有反式激活蛋白调节的启动子，其调节且与编码硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的DNA序列有效连接，第二种植物的表达盒中含有与编码反式激活蛋白的DNA序列有效连接的启动子，所述反式激活蛋白能调节该反式激活蛋白调节的启动子，该方法中还包含从如此授粉的植物中回收谷物。此外，本专利技术提供了根据本专利技术的植物或植物材料作为动物饲料的用途。此处所述的本专利技术适用于所有谷物作物，特别是玉米、大豆、小麦和大麦，更特别的是玉米和大豆，尤其是玉米。转基因硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶在谷物中的表达是改变待谷物加工的原料(种子)质量，改变来自谷物加工的原料质量，在加工中最大化特定种子成分产量(提高效率)，改变加工方法以及从制粉物流中产生种子来源的级分或成分之新用途的方法。湿磨法湿磨法是一种分离谷物(更常见地为谷类，例如玉米)的淀粉、蛋白质和油成分的方法。此处其与仅简单地将谷物研磨成粉的干磨法不同。湿磨法中第一步通常是浸渍，其中谷物在小心控制的条件下浸泡于水中，以软化谷粒，且促进成分的分离。含油的胚漂浮在水性溶液的表面，且被移出，通过加水、脱水、研磨、筛选、离心和洗涤的方法，将淀粉与蛋白质分离并被纯化。难点在于将淀粉颗粒从构成谷物胚乳的蛋白质及细胞壁之复杂基质中松开。据信，这种困难的一个原因是分子内或分子间二硫键的存在，其使蛋白质不易溶解，且对蛋白酶不敏感，抑制淀粉颗粒从谷物中的蛋白质基质中释放。目前，用于减少这些键的主要方法使将谷物在二氧化硫存在下浸渍，但是这种方法成本高，有害环境且不甚有效。一些突变赋予了玉米谷粒胚乳的蛋白质基质有益的作用(粉状和不透明)，但破坏了谷粒完整性。转基因硫氧还蛋白表达提供了一些这样的优点，而不产生与这类突变相关的谷粒完整性问题。硫氧还蛋白的收获后或加工依赖性活性具有同样的有益作用。例如，在一个实施方案中，硫氧还蛋白酶被导向细胞区室中并在其中累积。在种子物理破坏后发生蛋白质还原。在另一个实施方案中，经过浸渍休眠的胚乳硫氧还蛋白被活化。在一个优选实施方案中，本专利技术提供了一种表达热稳定的转基因硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶的植物，如来自高嗜热生物的硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶，例如除非在高温下(如，高于50℃)否则无明显活性的硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶。在一个实施方案中，在胚乳中热稳定的硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶与通过其他热稳定酶的表达之糖化作用协同。饲料应用转基因硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶在谷物中的表达也可用于改善尤其是动物饲料中与可消化性相关的谷物特性。饲料蛋白质对蛋白酶的敏感性是时间及蛋白质构型的函数。谷粒破碎作为蒸汽制片(steamflaking)常常用于饲料配制中。这些方法均设计用于有益于谷粒的可消化性。在动物胃中更易破坏其完整性的松软谷粒是期望的。蛋白质间构象的约束和交联是蛋白酶敏感性的主要决定因素。由增加的硫氧还蛋白表达修饰这些键可有助于消化。玉米干磨法/粗玉米粉在制粒生产和粗玉米粉生产中蛋白质含量和质量是重要的决定因素。二硫键的减少改变了玉米粉的性质，使得其适于用做小麦替代品，尤其是由高蛋白质白玉米变种制备的玉米粉。大豆破碎半数以上的美国大豆作物被破碎或研磨，所得低脂大豆粉或脱脂大豆粉(或粗粒)中的蛋白质质量对于随后的加工非常重要。大豆加工物流的蛋白质产量及质量经济上十分重要，且主要取决于蛋白质构象。通过在水溶性蛋白质级分中增加转基因硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的表达增加硫氧还蛋白活性增加了蛋白质溶解性，由此增加蛋白质产量。在碱性条件下通过脱脂大豆粉的水性提取促进回收。通过转基因硫氧还蛋白和/或硫氧还蛋白还原酶的表达增加硫氧还蛋白活性，还降低了对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在谷物制粉方法中增加淀粉和蛋白质分离效率的方法，包括在补加的硫氧还蛋白和／或硫氧还蛋白还原酶存在下于高温中浸渍谷物，以及分离谷物的蛋白质和淀粉成分的步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MB拉纳汉，
申请(专利权)人：辛根塔参与股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]