具有改善的细胞壁性质的谷类植物制造技术

本发明专利技术涉及大麦植物或其部分，其中所述大麦植物的籽粒具有降低的(1,3；1,4)‑β‑葡聚糖含量。大麦植物可以在CslF6基因中携带突变，其中所述突变的CslF6基因编码突变体CslF6多肽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的细胞壁性质的谷类植物
本专利技术涉及具有改善的细胞壁性质的大麦植物。特别地，本专利技术涉及具有可用于生产基于大麦的饮料如啤酒的细胞壁性质的大麦植物。本专利技术还涉及生产基于大麦的饮料的方法，以及由本专利技术的大麦植物制备的产品。
技术介绍
在商业性制麦(malting)过程中，大麦谷粒在受控条件下萌发或进行制麦，该受控条件允许在4-6天的时间内部分动员含淀粉胚乳的淀粉和蛋白质储备。制麦过程通常是通过将干燥的大麦谷粒浸入水中而开始的。该过程被称为浸泡(sweeping)，其目的不仅在于清洁谷粒，还在于将其含水量提高至约40-45％(w/w)，以便随后进行的胚乳动员步骤能更快地进行。浸泡期间，将水排干一次，以使谷粒重新通气。该步骤被称为“空气静置”(airrest)且被认为是必要的，主要是因为浸没的谷粒在约16h后变得缺氧。经过大约8h的“通风”后，将谷粒重新浸入水中以在另外8h的时间内-或经在一系列再浸泡步骤中完成浸泡处理。将干燥谷粒的含水量提高到40％或更高的两步浸泡过程总共需要大约32h。将浸泡的谷粒铺开以进行萌发，在此过程中，糊粉粒(aleurone)和盾片(scutellar)上皮细胞分泌的酶以及淀粉质胚乳细胞中预先存在的酶一起降解细胞壁、淀粉和蛋白质。制麦者的目的通常是诱导高水平的酶，所述酶降解大麦谷粒中的细胞壁多糖，特别是(1,3；1,4)-β-葡聚糖和阿拉伯糖基木聚糖。未完全降解的(1,3；1,4)-β-葡聚糖对于啤酒酿造者尤其麻烦，因为这些糖可以以可溶形式从麦芽中提取出，形成高粘度的水溶液，从而减慢啤酒酿造过程中的过滤过程，并造成在最终的啤酒中的不期望的混浊。进一步显示，具有高(1,3；1,4)-β-葡聚糖含量的酿造会对麦芽提取物的水平产生负面影响。因此，低水平的可溶性(1,3；1,4)-β-葡聚糖代表着重要的制麦质量参数，而高水平的(1,3；1,4)-β-葡聚糖酶仍然是衡量麦芽质量的重要量度。此外，制麦者的目的还在于迅速诱导谷粒中合成尽可能多的淀粉降解酶。淀粉降解酶包括α-和β-淀粉酶、淀粉脱枝酶(例如极限糊精酶)和α-葡萄糖苷酶，将谷粒的淀粉储备部分地解聚为单糖、寡糖和葡萄糖。淀粉的解聚产物随后被酵母细胞用作碳源，并被发酵成啤酒乙醇。如上所述，萌发过程通常花费约5天。在受控的萌发步骤之后，将湿麦芽从大约40％的含水量干燥至4至5％。该干燥过程，称为窑烤(kilning)，非常耗能，并且对该工业来说是主要的成本。包括窑烤干燥在内的整个过程通常为6-7天。在啤酒厂中，将窑烤干燥后的麦芽碾碎以使谷粒破裂开，并且在称为糖化(mashing)的过程中用热水提取所得内容物。如上所述，提取的物质包括部分降解的淀粉、蛋白质和细胞壁分子，并且这些提取物还用从麦芽提取的内源性谷物酶进一步降解。在这个阶段，一些啤酒酿造者增加了额外的(并且通常更便宜的)碳源(辅料)来支持随后的酵母发酵过程，并抵消麦芽的较高成本。所述辅料可以是来自未萌发谷物的大麦、大米、小麦或其他谷粉，但是它们的加入可能需要同时添加水解酶，因为麦芽中的内源酶不足以降解该辅料的成分。添加的酶通常来自真菌和/或细菌培养物的未纯化且相对便宜的提取物。在某些国家，添加外源酶是非法的，特别是在必须在严格监管环境下生产啤酒的国家。淀粉和其他在热水中提取的胚乳成分的进一步降解在称为糖变(saccharification)的过程中进行。糖化后，通常在过滤桶中过滤提取物，并冷却。可以在啤酒花或啤酒花提取物的存在下煮沸提取物，并在冷却后添加酵母培养物以将释放的糖发酵为乙醇。如此生产的啤酒通常在装瓶前先熟化并过滤。啤酒也可以在装瓶之前被充二氧化碳。大麦是用于生产啤酒的最受欢迎的谷物。大麦籽粒中包含大量的淀粉，这使大麦成为酿造业极具吸引力的原料。为了确保大麦谷粒的酿造潜力得到充分利用，至关重要的是对包围淀粉颗粒的细胞壁结构进行最佳降解。如果简化其结构，则大麦籽粒主要由被糊粉粒层包围的淀粉质胚乳组成。大麦籽粒糊粉粒和胚乳细胞壁主要由非淀粉多糖(NSP)组成。淀粉质胚乳由75％的(1-3,1-4)-β-葡聚糖(BGL)和20％的阿拉伯糖基木聚糖(AX)组成，而糊粉粒由71％的AX和26％的BGL组成。大麦BGL是通过β-(1-3)和β-(1-4)键连接的无分支长直链葡萄糖残基。大麦AX由通过β-(1-4)键连接的D-木聚糖基吡喃糖基(D-xylanopyranosyl)分子主链组成，随机具有通过α-(1-2)和α-(1-3)键连接的L-阿拉伯呋喃糖。
技术实现思路
如上所述，啤酒生产的时间和能量消耗步骤之一是制麦。制麦过程中的限速步骤是将萌发的大麦籽粒中的(1,3；1,4)-β-葡聚糖水平降低至可接受的低水平。因此，需要提供可以减少制麦所需时间的材料和方法。特别地，需要具有低水平的(1,3；1,4)-β-葡聚糖的大麦植物。但是，完全不存在(1,3；1,4)-β-葡聚糖的大麦植物的株高、植株活力和产量降低(约为对照的70％)(Taketa等，2012)。实际上，Taketa等的结论是“随着农艺学特征的降低，bgl突变体在制麦中的效用可能不好……”。Hu等(2014)描述了大麦突变体m351，其包含非常低水平的混合链(1-3,1-4)-β-葡聚糖(<1.6％)。然而，m351突变体表现出降低的谷粒硬度，与其亲代相比，其谷粒破碎率增加了四倍以上，并且对盐的敏感性导致在400mM盐条件下萌发较弱。因此，需要具有低水平的(1,3；1,4)-β-葡聚糖，同时具有良好的农艺学特征和谷粒硬度的大麦植物。大麦(1,3；1,4)-β-葡聚糖包含比率通常在2.5至4的范围内的纤维三糖基(DP3)和纤维四糖基(DP4)残基。DP3/DP4比率对(1,3；1,4)-β-葡聚糖的性质有影响。在一个实施方式中，本专利技术提供了具有DP3/DP4比率与野生型大麦的DP3/DP4比率相当的低水平的(1,3；1,4)-β-葡聚糖的大麦植物。这样的大麦植物可能是农艺学合理的，并且大麦籽粒的破碎倾向降低。本专利技术解决的一个技术问题是提供具有低水平的(1,3；1,4)-β-葡聚糖的大麦植物，其中大麦植物同时具有可接受的农艺学性状，可接受的谷粒破碎频率(例如是没有CslF6突变但其他方面具有相同基因型的野生型植物的<2倍)，以及此外类似于野生型大麦的DP3/DP4比率。在一个实施方式中，本专利技术提供具有高或低DP3/DP4比率的低水平(1,3；1,4)-β-葡聚糖的大麦植物。这样的大麦植物可能有农艺学合理的谷粒，并且它们可能具有较高水平的不溶的(1,3；1,4)-β-葡聚糖。不溶的(1,3；1,4)-β-葡聚糖可以在酿造过程中被潜在地除去，并且因此在一些实施方式中是优选的。Burton&Fincher2014推测，(1,3；1,4)-β-葡聚糖分子的溶解度可以通过DP3:DP4的比率预测，并且高和低的比率可能会导致更不溶的聚集体。Jobling等(2015)描述了CslF在烟草叶中的人工系统中的表达，并描述了CslF的第四跨膜结构域中的单个氨基酸(Ile757)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大麦植物或其部分，其中所述大麦植物的籽粒具有降低的(1,3；1,4)-β-葡聚糖含量，并且其中所述大麦植物在CslF6基因中携带突变，其中所述突变的CslF6基因编码突变体CslF6多肽，其中所述突变体CslF6是SEQ ID NO:1的CslF6，除了突变体CslF6在CslF6的膜定位结构域中包含至少一个氨基酸取代，其中所述取代是将非极性氨基酸取代为带电荷的氨基酸或将极性氨基酸取代为非极性氨基酸，其中膜定位结构域选自由SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:3的氨基酸835至857或氨基酸700至731或氨基酸741至758组成的CslF6的膜定位结构域组成的组。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171228 EP 17210954.81.一种大麦植物或其部分，其中所述大麦植物的籽粒具有降低的(1,3；1,4)-β-葡聚糖含量，并且其中所述大麦植物在CslF6基因中携带突变，其中所述突变的CslF6基因编码突变体CslF6多肽，其中所述突变体CslF6是SEQIDNO:1的CslF6，除了突变体CslF6在CslF6的膜定位结构域中包含至少一个氨基酸取代，其中所述取代是将非极性氨基酸取代为带电荷的氨基酸或将极性氨基酸取代为非极性氨基酸，其中膜定位结构域选自由SEQIDNO:1或SEQIDNO:3的氨基酸835至857或氨基酸700至731或氨基酸741至758组成的CslF6的膜定位结构域组成的组。


2.根据权利要求1所述的大麦植物，其中所述大麦植物的(1,3；1,4)-β-葡聚糖的含量范围为总籽粒干重的1至5％，例如总籽粒干重的1.3至3％，优选总籽粒干重的1.3至2％。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的大麦植物，其中所述大麦植物的籽粒的(1,3；1,4)-β-葡聚糖的含量为携带野生型CslF6基因但其他方面具有相同基因型的大麦植物的(1,3；1,4)-β-葡聚糖含量的至少30％且至多60％，优选至少40％且至多60％。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的大麦植物，其中所述突变体CslF6多肽是SEQIDNO:1或SEQIDNO:3的CslF6，除了突变体CslF6在由CslF6的氨基酸835至857组成的跨膜结构域中包含一个氨基酸的取代，其中所述取代是将非极性氨基酸取代为带电荷的氨基酸。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的大麦植物，其中所述突变体CslF6多肽是SEQIDNO:1或SEQIDNO:3的CslF6，除了突变体CslF6包含氨基酸847的取代，其中所述取代是将甘氨酸(G)取代为谷氨酸(E)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的大麦植物，其中所述大麦植物的籽粒的DP3∶DP4比率至多为2.5，例如至多为2.1，例如在1.0至2.1的范围内。


7.根据前述权利要求任一项中所述的大麦植物，其中所述大麦植物包含谷粒，所述谷粒的脱粒后的破碎谷粒频率比在CslF6基因中不携带突变但其他方面具有相同基因型的大麦植物的谷粒脱粒后的破碎谷粒频率高至多2倍。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的大麦植物，其中所述突变体CslF6多肽是SEQIDNO:1或SEQIDNO:3的CslF6，除了突变体CslF6在由CslF6的氨基酸741至758组成的跨膜结构域中包含一个氨基酸取代，其中所述取代是将非极性氨基酸取代为带电荷的氨基酸。...

【专利技术属性】
技术研发人员：索伦·克努森，S·博德文，奥利·奥尔森，H·汤姆森，T·文特，J·哈尔霍尔特，芬恩·洛克，
申请(专利权)人：嘉士伯有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK