胡萝卜植物中花青素的生物合成制造技术

本发明专利技术提供了包含至少一种异源DNA序列的转基因胡萝卜植物，所述异源DNA序列编码：(a)转录因子基因的启动子；或者(b)与启动子可操作连接的转录因子基因；其中所述异源DNA序列增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)的基因的表达。转录因子基因优选为DcMYB90(SEQ ID NO:1)或DcEGL1(SEQ ID NO:2)或与SEQ ID NO:1的序列具有至少80％同一性或与SEQ ID NO:2的序列具有至少80％同一性的序列，其中所述序列编码增加芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)表达的转录因子蛋白，所述芥子酸葡糖基转移酶具有SEQ ID NO:4的序列。NO:4的序列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】胡萝卜植物中花青素的生物合成


[0001]本专利技术涉及转基因胡萝卜植物，所述胡萝卜植物包含至少一个编码转录因子基因或编码可操作地连接到启动子的转录因子基因的异源DNA序列，其在转基因植物中表达并增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)基因的表达。USAGT的序列可以是SEQ ID NO:4，也可以是与SEQ ID NO:4至少有85％同一性的序列。本专利技术还涉及编码转录因子基因DcMYB90(SEQ ID NO:1)和DcEGL1(SEQ ID NO:2)的DNA序列，以及包含可操作地连接到异源启动子的相应DNA序列的转基因胡萝卜植物。本专利技术的转基因植物可用于制备包含花青素(花色素苷)的组合物的方法中，所述方法可包括产生本专利技术的转基因胡萝卜植物和从胡萝卜植物的主根分离包含花青素的组合物的步骤。在优选的实施方案中，组合物包含矢车菊素3
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木糖基(芥子酰葡萄糖基)半乳糖苷，其浓度为总花青素浓度的至少30％。

技术介绍

[0002]花青素是水溶性的天然色素，属于一类高度多样性的特殊次级代谢产物，被称为黄酮类化合物。除了在抗紫外线B和抗各种生物和非生物胁迫因子方面的重要作用外，它们还赋予各种植物器官(即果实、花和块茎)鲜艳的颜色。根据其结构修饰(即糖基化、甲基化或酰化)以及生理条件(如pH值、金属离子螯合和共色素沉着)，花青素的颜色从橙红色到蓝紫色不等。花青素在各种颜色中的应用增加了天然食用色素行业对花青素的关注。尽管已有基于碳氢化合物的合成色素对人类产生不良影响的报道，但已知花青素在体外具有抗氧化剂性能并且在欧盟和其他国家被批准用作食品着色剂。因此，食品工业对天然色素，尤其是花青素的需求不断增加。
[0003]黑色胡萝卜(Daucus carota subsp.sativus var.atrorubens)是生产花青素的潜在来源。黑色(紫色)胡萝卜会天然产生基于矢车菊素的糖基化花青素，其中酰化花青素的比例较高。高含量的酰化花青素有利于作为食品色素，因为酰化花青素比非酰化花青素更稳定。然而，黑色胡萝卜中花青素的总量太低，无法将这些植物作为商业上生产花青素的可行性来源。
[0004]黑色胡萝卜主根中绝大多数的花青素来自矢车菊素。最近对黑色胡萝卜的研究已经确定了与矢车菊素合成相关的结构基因。其中包括为花青素途径提供通量的常规苯丙素途径的PAL3、C4H1、4CL1基因，分别导致矢车菊素合成的CHS1、CHI1、F3H1、F3
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H1、DFR1和LDOX1基因，以及负责矢车菊素进一步糖基化的DcUCGalT1基因(图6)。胡萝卜中控制花青素途径结构基因转录的调控基因尚不清楚。
[0005]因此，亟需适用于食品色素工业生产稳定花青素组合物的改进方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过提供包含至少一种编码可操作地连接到启动子的转录因子基因的异源DNA序列的转基因胡萝卜植物解决了该问题，其中所述转录因子在转基因植物中表达并增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)的基因的表达。至少一种USAGT编码基因表
达的增加是相对于不包含异源DNA序列的橙色胡萝卜植物获得的。
[0007]USAGT基因可以是具有SEQ ID NO:4的序列或与SEQ ID NO:4具有至少85％同一性的序列，同时保持SEQ ID NO:4蛋白的芥子酸葡糖基转移酶活性。本专利技术还提供了转基因胡萝卜植物，其中所述植物包含各自编码转录因子基因的两个异源DNA序列。编码转录因子基因的DNA序列优选为DcMYB90的DNA序列(SEQ ID NO:1)和/或DcEGL1的DNA序列(SEQ ID NO:2)。
[0008]在本专利技术的另一个实施方案中，一种或两种转录因子在本专利技术的转基因胡萝卜植物中的表达增加了至少一种选自以下基因的表达：CHS1、CHI1、F3H1、F3
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H1、DFR1、LDOX1和UCGalT1。
[0009]本专利技术还提供了这些植物的部分，包括直根、胡萝卜组织和胡萝卜细胞，例如在悬浮细胞培养物中。本专利技术的转基因胡萝卜植物是转基因Daucus carota subsp.Sativus植物。所述植物优选不是黑色胡萝卜植物，即不是Daucus carota subsp.sativus var.atrorubens植物。在进一步优选的实施方案中，用于转化的植物是橙色胡萝卜植物。
[0010]本专利技术人惊奇地发现，在转基因胡萝卜植物中增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)基因的表达导致在转基因胡萝卜植物的主根中矢车菊素3
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木糖基(芥子酰葡糖基)半乳糖苷的浓度显著增加，这代表了稳定且极具优势的花青素。
[0011]在另一个实施方案中，本专利技术提供了编码选自DcMYB90(SEQ ID NO:1)和DcEGL1(SEQ ID NO:2)的转录因子基因的DNA序列，其中所述转录因子基因与异源启动子可操作地连接，并且其中所述异源启动子和与其天然启动子连接的相应转录因子的表达相比，异源启动子表达的增加超过了30％。或者，本专利技术的DNA序列可以包含与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2的序列具有至少80％同一性的序列，其中所述序列编码能够增加芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)表达的转录因子蛋白，所述芥子酸葡糖基转移酶具有SEQ ID NO:4的序列。同样，转录因子基因与异源启动子可操作地连接，并且和与其天然启动子连接的相应转录因子的表达相比，异源启动子表达的增加超过了30％。
[0012]在某些实施方案中，本专利技术的DNA序列可以是CaMV 35S启动子，其包含SEQ ID NO:3的序列或与SEQ ID NO:3的序列具有至少80％同一性的序列，该序列实现了至少80％的SEQ ID NO:3序列的编码序列在植物细胞中的表达。
[0013]在另一方面，本专利技术提供了生产本专利技术的胡萝卜植物的方法，所述方法包括用DNA序列转化橙色胡萝卜植物，所述DNA序列编码:
[0014](a)转录因子基因的启动子；或者
[0015](b)与启动子可操作连接的转录因子基因；
[0016]其中所述异源DNA序列增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)的基因的表达。
[0017]这些方法可以利用编码与异源启动子连接的转录因子基因DcMYB90的DNA序列和/或编码与异源启动子连接的转录因子基因DcEGL1的DNA序列。同样，异源启动子可以是任何高度活性的异源启动子，所述异源启动子优选为:
[0018](a)包含SEQ ID NO:3的序列的CaMV 35S启动子；或者
[0019](b)与SEQ ID NO:3的序列具有至少80％同一性的序列，所述序列实现至少80％的SEQ ID NO:3序列的编码序列在植物细胞中的表达。
[0020]在不同的实施方案中，本专利技术提供了制备包含花青素的组合物的方法，包括如上所述生产胡萝卜植物和从胡萝卜植物的主根分离包含花青素的组合物的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包含至少一种异源DNA序列的转基因胡萝卜植物，所述异源DNA序列编码:(a)转录因子基因的启动子；或者(b)与启动子可操作连接的转录因子基因；其中所述异源DNA序列增加至少一种编码芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)的基因的表达。2.根据权利要求1所述的转基因胡萝卜植物，其中:(a)USAGT具有SEQ ID NO:4的序列或具有与SEQ ID NO:4至少85％同一性的序列，同时保持SEQ ID NO:4蛋白的芥子酸葡糖基转移酶活性；或者(b)所述植物包含两种异源DNA序列，每种序列编码一种转录因子基因；或者(c)所述一种或两种转录因子的表达进一步增加至少一种选自CHS1、CHI1、F3H1、F3
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H1、DFR1、LDOX1和UCGalT1的基因的表达。3.根据权利要求1或2所述的转基因胡萝卜植物，包括(a)至少一种编码转录因子基因DcMYB90的DNA序列(SEQ ID NO:1)和至少一种编码转录因子基因DcEGL1的DNA序列(SEQ ID NO:2)；或者(b)与SEQ ID NO:1的序列具有至少80％同一性或与SEQ ID NO:2的序列具有至少80％同一性的序列，其中所述序列编码增加芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)表达的转录因子蛋白，所述芥子酸葡糖基转移酶具有SEQ ID NO:4的序列。4.根据权利要求3所述的胡萝卜植物，其中，编码转录因子基因DcMYB90的DNA序列与异源启动子可操作地连接，并且编码转录因子基因DcEGL1的DNA序列与异源启动子可操作地连接。5.转基因胡萝卜植物的一部分，其中所述的一部分是主根、胡萝卜组织或胡萝卜细胞。6.DNA序列，编码：(a)选自DcMYB90(SEQ ID NO:1)和DcEGL1(SEQ ID NO:2)的转录因子基因；或者(b)与SEQ ID NO:1的序列具有至少80％同一性或与SEQ ID NO:2的序列具有至少80％同一性的序列，其中所述序列编码增加芥子酸葡糖基转移酶(USAGT)表达的转录因子蛋白，所述芥子酸葡糖基转移酶具有SEQ ID NO:4的序列，其中所述转录因子基因与异源启动子可操作地连接，并且其中，与其天然启动子连接的相应转录因子的表达相比，所述异源启动子实现了表达的增加超过30％。7.根据权利要求6所述的DNA序列，其中所述异...

【专利技术属性】
技术研发人员：什里坎特，
申请(专利权)人：奥胡斯大学，
类型：发明
国别省市：