转录因子NtERF221及其使用方法技术

本发明专利技术技术提供了用于改变植物代谢的转录因子和编码这样的转录因子的核酸分子。还提供了使用这些核酸来调节植物的生物碱产生和产生生物碱含量改变的植物和植物细胞的方法。本文公开了用于调节植物的烟碱生物合成的方法和组合物。法和组合物。法和组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转录因子NtERF221及其使用方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2019年8月5日提交的美国临时专利申请号62/882,860的优先权，将其内容通过引用以其整体特此并入。


[0002]本专利技术技术总体上涉及用于改变植物代谢的转录因子、编码此类转录因子的核酸分子、以及使用这些核酸来调节植物的生物碱产生及产生生物碱含量改变的植物和植物细胞的方法。

技术介绍

[0003]提供以下描述以帮助读者理解。所提供的信息或所引用的参考文献均不被承认是现有技术。
[0004]吡啶生物碱作为毒性化合物在植物防御草食动物和昆虫攻击的机制中发挥着关键作用(Sisson和Severson 1990；Facchini,2001；Voelckel等人,2001；Kessler和Baldwin,2002；Kessler等人,2004；Steppuhn等人,2004；Dewey和Xie,2013)。在烟草(普通烟草(Nicotiana tabacum L.))植物中，烟碱通常占总生物碱的约90％，降烟碱、新烟碱和安那他品构成余下10％中的大部分(Saitoh等人,1985)。在没有食草昆虫的情况下，植物仅产生基础水平的烟碱，这是由于新陈代谢成本的缘故(Baldwin,1998)。然而，此水平会响应于创伤而迅速升高(Saunders和Bush,1979；Baldwin,1988；Baldwin,1989)。认为创伤诱导的茉莉酸(JA)及其衍生物(如甲基茉莉酸(MeJA))的生物合成和转运是从枝到根的损伤信号，从而促进烟碱及其他生物碱的生物合成(Baldwin,1989；Baldwin等人,1994)。
[0005]烟碱只在烟草的根部合成，随后经由木质部移位到植物的地上部分，最终通过多药和毒性化合物外排(MATE)转运蛋白的介导移动到叶肉细胞的中央液泡中(Dawson,1942；Saunders,1979；Baldwin 1989；Kitamura等人,1993；Wink和Roberts,1998；Morita等人,2009；Shoji等人,2009；Shitan等人,2014)。在过去的几十年里，已经对编码烟碱生物合成途径中的酶的基因进行了鉴定和研究(Bush等人,1999；Ziegler和Facchini,2008；Shoji和Hashimoto,2011；Dewey和Xie,2013；以及图1)。在生物化学方面，烟碱是通过烟酸(吡啶环)和N
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甲基
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Δ1‑
吡咯啉鎓阳离子(吡咯烷环)的缩合形成的(Hashimoto和Yamada,1994)。吡咯烷环的形成始于通过腐胺N
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甲基转移酶(PMT)从二胺腐胺转化为N
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甲基腐胺，二胺腐胺通过精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)由精氨酸和鸟氨酸合成(Hibi等人,1992；Imanishi等人,1998；Riechers和Timko,1999；Bortolotti等人,2004；Xu等人,2004)。然后N
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甲基腐胺被N
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甲基腐胺氧化酶(MPO)氧化和环化以形成N
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甲基
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Δ1‑
吡咯啉鎓阳离子(Heim等人,2007；Katoh等人,2007)。衍生自天冬氨酸的吡啶环涉及由天冬氨酸氧化酶(AO)、喹啉酸合酶(QS)和喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPT)控制的烟酸二核苷酸(NAD)的生物合成(Sinclair等人,2000；Katoh等人,2006；Ryan等人,2012)。最终的烟碱环偶联是由PIP家族异黄酮还原酶样酶(A622)和小檗碱桥接酶样酶(BBL)介导的(DeBoer等人,2009；
Kajikawa等人,2009；Kajikawa等人,2011)。
[0006]对烟碱生物合成的调节涉及激素信号转导和转录调节(Dewey和Xie,2013)。令人信服的证据已经表明，JA诱导的对参与烟碱生物合成的一系列基因的转录上调是由来自至少两个不同转录因子家族(即含AP2结构域的乙烯响应因子(ERF)家族和MYC2样碱性螺旋
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环
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螺旋(bHLH)家族)的成员介导的(De Sutter等人,2005；Rushton等人,2008；Shoji等人,2010；Todd等人,2010)。两种烟草JA响应性ERF(即ERF221/ORC1和ERF10/JAP1)上调PMT的基因表达，PMT是烟碱生物合成中的关键酶之一(De Sutter等人,2005)。在2008年，对烟草AP2/ERF超家族进行了系统发生研究，并且已经将第IX组ERF成员鉴定为烟草中茉莉酸响应的主要调节物(Rushton等人,2008)。已经将ERF超家族的一组七个第IX组成员鉴定为NIC2基因座ERF，它们激活烟碱相关结构基因(如PMT、ODC、MPO、AO、QS、QPT、A622和MATE)的表达(Shoji等人,2010；Shoji等人,2012)。近来，已经证明非NIC2基因座烟草ERF(即ERF32)在BY
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2细胞中正调节JA诱导的烟碱生物合成(Sears等人,2014)。认为这些ERF的反式激活作用是通过与若干结构基因的启动子区中的GCC盒元件结合来实现的(Xu和Timko,2004；Shoji等人,2010；De Boer等人,2011；Shoji和Hashimoto,2012；Shoji和Hashimoto,2013；Sears等人,2014)。
[0007]在拟南芥属中，对生物活性激素(+)
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异茉莉酰基
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L
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异亮氨酸(JA
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Ile)的特异性识别使得茉莉酸ZIM结构域(JAZ)阻遏物降解，从而释放bHLH家族MYC2/3蛋白用于转录激活(Chini等人,2007；Thines等人,2007；Browse,2009)。近来，已经证实JAZ蛋白与F盒蛋白冠菌素钝感蛋白1(CORONATINE INSENSITIVE 1，COI1)作为茉莉酸共同受体，COI1作为Skp1
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Cul1
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F盒蛋白(SCF)泛素E3连接酶复合物的底物募集亚基(Sheard等人,2010；Zhang等人,2015)。在烟草中，体内证据也确认了在细胞核内NtJAZ与NtMYC同源物之间的相互作用响应于JA对NtMYC活性进行调节，以及NtMYC1/2通过与在其近端启动子区中发现的G盒元件特异性结合对若干负责烟碱生物合成的结构基因的反式激活作用(Xu和Timko,2004；Shoji等人,2008；Shoji和Hashimoto,2011b；Zhang等人,2012)。NtMYC2
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RNAi烟草根细胞中NIC2基因座ERF基因的转录水平受到抑制表明NtMYC也可能直接调节相关NtERF的转录(Shoji和Hashimoto,2011b；以及图2)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种烟草属植物，其包含含有过表达由NtERF221编码的基因产物的核苷酸序列的嵌合核酸构建体，所述核苷酸序列与异源启动子可操作地连接，使得相对于野生型对照植物，NtERF221被过表达，凭此所述烟草属植物在未打顶的情况下在其叶中积累商业水平的烟碱，其中所述核苷酸序列选自：(a)SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列；和(b)与(a)的核苷酸序列至少约90％相同并且编码正调节烟碱生物合成的NtERF221转录因子的核苷酸序列。2.根据权利要求1所述的烟草属植物，其中所述异源启动子选自双CaMV 35S启动子、大豆泛素3(GmUBI3)基因启动子和具有SEQ ID NO:2所示核苷酸序列的茉莉酸诱导型启动子。3.根据权利要求2所述的烟草属植物，其中所述异源启动子是具有SEQ ID NO:2所示核苷酸序列的茉莉酸诱导型启动子。4.根据权利要求1至3中任一项所述的烟草属植物，其中所述植物是普通烟草(Nicotiana tabacum)植物。5.来自根据权利要求1至4中任一项所述的植物的种子，其中所述种子包含所述嵌合核酸构建体。6.一种包含根据权利要求1至4中任一项所述的烟草属植物的烟草产品，其中所述产品与来自野生型对照植物的烟草产品相比具有增加的烟碱水平。7.根据权利要求1至4中任一项所述的烟草植物，其中烟草叶中烟碱的所述商业水平在约2.5％至约6％的范围内。8.一种烟草植物群体，其特征在于过表达由NtERF221编码的基因产物的核苷酸序列的纯合性，其中所述基因产物的表达由异源启动子驱动，使得与野生型对照烟草植物相比，NtERF221被过表达，凭此所述群体在未打顶的情况下在烟草植物叶中稳定地显示出包含商业水平的烟碱的表型，其中所述核苷酸序列选自：(a)SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列；和(b)与(a)的核苷酸序列至少约90％相同并且编码正调节烟碱生物合成的NtERF221转录因子的核苷酸序列。9.根据权利要求8所述的群体，其中烟草叶中烟碱的所述商业水平在约2.5％至约6％的范围内。10.根据权利要求8或9所述的群体，其中所述异源启动子选自双CaMV 35S启动子、大豆泛素3(GmUBI3)基因启动子和具有SEQ ID NO:2所示核苷酸序列的茉莉酸诱导型启动子。11.根据权利要求10所述的群体，其中所述异源启动子是具有SEQ ID NO:2所示核苷酸序列的茉莉酸诱导...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：二二世纪公司，
类型：发明
国别省市：