编码WRINKLED1样多肽的核酸分子及在植物中的使用方法技术

提供了与脂类和糖代谢调节相关的分离的核酸和蛋白质。具体而言，提供了来源于拟南芥、欧洲油菜、大豆、稻和普通小麦的脂类代谢蛋白（ＬＭＰ）和编码核酸。该核酸和蛋白质用于产生转基因植物和调节种子贮藏化合物水平的方法。种子贮藏化合物优选为脂类、脂肪酸、淀粉或种子贮藏蛋白质。该核酸和蛋白质还用于调节植物种子大小、种子数、种子重量、根长度和叶大小的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本文所述为植物遗传工程领域的专利技术，包括编码改善农学、园艺和品质性状的多肽的分离的核酸分子。本专利技术一般涉及编码与植物中种子贮藏化合物的存在相关的蛋白质的核酸序列。更具体地，本专利技术涉及编码糖和脂类代谢调节蛋白的WRINKLED1样(WRI1样)核酸序列以及这些序列在转基因植物中的用途。尤其是本专利技术涉及操作糖相关化合物以在植物和种子中提高油水平和改变脂肪酸组成的方法。本专利技术还涉及使用这些新的植物多肽刺激植物生长和/或提高种子贮藏化合物的产量和/或组成的方法。
技术介绍
植物的研究和遗传操作有很长的历史，甚至早在Gregor Mendel的著名研究之前就已经开始了。在这门学科的完善过程中，科学家已经实现了对植物中特定性状的修饰，范围从具有提高的淀粉含量的马铃薯块茎到具有提高或改变的脂肪酸含量的油料种子作物(如芸苔和向日葵)。随着植物油消费和使用的增长，对种子油含量和种子油水平的修饰日益广泛(如 等，1995，Science 268681-686)。对转基因植物中生物合成途径的操作为分子生物学家和植物生物化学家提供了许多机会，产生具有较高价值的特定产品。已经在许多传统种子油植物(如大豆(美国专利号5,955,650)、芸苔(美国专利号5,955,650)、向日葵(美国专利号6,084,164)和油菜( 等，1995，Science 268681-686))和非常规种子油植物(如烟草(Cahoon等，1992，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8911184-11188))中改变了种子油产生或组成。 植物种子油包含中性和极性脂类(见表1)。中性脂类主要包括三酰甘油，它是种子油体中累积的主要贮藏脂类。极性脂类主要可见于种子细胞的多种膜中，如内质网、微粒体膜和细胞膜。中性和极性脂类含有若干常见脂肪酸(见表2)和一系列较不常见的脂肪酸。表2中用星号标出的脂类一般不存在于植物种子油中，但它们在转基因植物种子油中的产生在植物生物技术中是重要的。膜脂的脂肪酸组成是高度受控的，在膜脂中只可见到选定数目的脂肪酸。另一方面，在许多植物物种的种子中，多种非常见脂肪酸可以掺入中性贮藏脂类中(Van de Loo等，1993，Unusual Fatty Acidsin Lipid Metabolism in Plants 91-126页，TS Moore Jr编辑。CRC Press；Millar等，2000，Trends Plant Sci.595-101)。 表1 植物脂类类别 表2 常见植物脂肪酸 脂类合成自脂肪酸，其合成可以分成两个部分原核途径和真核途径(Browse等，1986，Biochemical J.23525-31；Ohlrogge & Browse，1995，Plant Cell 7957-970)。原核途径位于质体中，质体是脂肪酸生物合成的主要场所。脂肪酸合成开始于通过乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)将乙酰辅酶A转化为丙二酸单酰辅酶A。通过丙二酸单酰辅酶A:ACP转酰基酶将丙二酸单酰辅酶A转化为丙二酰酰基载体蛋白(ACP)。β-酮-酰基-ACP合酶III(KAS III)催化缩合反应，其中来自乙酰辅酶A的酰基基团转移到丙二酰-ACP以形成3-酮丁酰-ACP。在其后的一系列缩合、还原和脱水反应中，通过丙二酰-ACP提供的二个碳原子的逐步加入(缩合)延长ACP辅因子上的新生脂肪酸链，直至形成16或18碳的饱和脂肪酸链。质体Δ-9酰基-ACP去饱和酶在脂肪酸中引入第一个不饱和双键。硫酯酶从ACP辅因子上切下脂肪酸，游离的脂肪酸运出至胞质，在胞质中它们作为脂肪酰基辅酶A酯参与真核途径。在此途径中，分别通过甘油-3-磷酸酰基转移酶和溶血磷脂酸酰基转移酶将脂肪酸酯化到甘油-3-磷酸的sn-1和sn-2位置，以得到磷脂酸(PA)。PA是其他极性和中性脂类的前体，中性脂类形成于肯尼迪途径(Voelker，1996，Genetic Engineering Setlow编辑18:111-113；Shanklin &Cahoon，1998，Annu.Rev.Plant Physiol.Plant MoI.Biol.49611-641；Frentzen，1998，Lipids 100161-166；Millar等，2000，Trends Plant Sci.595-101)。 种子中的贮藏脂类合成自碳水化合物衍生的前体。植物在胞质溶胶中具有完整的糖酵解途径(Plaxton，1996，Annu.Rev.Plant Physiol.PlantMoI.Biol.47185-214)，并且已经显示在油菜籽的质体中也存在完整的途径(Kang & Rawsthorne，1994，Plant J.6795-805)。蔗糖是碳和能量的主要来源，从叶转运到正发育种子。在种子的贮藏期中，在胞质溶胶中转化蔗糖以提供代谢前体葡萄糖-6-磷酸和丙酮酸。它们转运到质体中并转化成乙酰辅酶A，其作为脂肪酸合成的主要前体。质体中的乙酰辅酶A是脂类生物合成的中心前体。可以通过不同的反应在质体中形成乙酰辅酶A，但每个反应的确切贡献仍有争议(Ohlrogge & Browse，1995，Plant Cell7957-970)。然而，公认大部分的乙酰辅酶A来自于从胞质运入质体的葡萄糖-6-磷酸和丙酮酸。蔗糖在源器官(叶或发生光合作用的任何地方)中产生并转运至发育的种子(也称为库器官)。在发育的种子中，蔗糖是所有贮藏化合物(即淀粉、脂类和部分种子贮藏蛋白)的前体。因此，蔗糖发挥中心作用的碳水化合物代谢对于种子贮藏化合物的累积是很重要的。 贮藏化合物如三酰甘油(种子油)作为幼苗萌发和生长中所使用的碳和能量的储备。种子(植物)油也是人类饮食的必要成分和提供化工原料的有价值的商品。影响种子贮藏化合物代谢的拟南芥突变体为wrinkled1(wri1)(Focks和Benning，1998)。该突变体特征在于种子油含量降低80％。此外，看来也影响了糖代谢中相关基因的表达。 尽管可以通过植物育种的传统方法修饰种子油中脂类和脂肪酸的含量和/或组成，但重组DNA技术的到来使对植物种子油含量的操作更为简单，而且在一些情况下允许以单靠育种无法实现的方式改变种子油(参阅如 等，1995，Science 268681-686)。例如，在转基因烟草中引入Δ12-羟化酶核酸序列导致在烟草种子油中引入新的脂肪酸——蓖麻油酸(Van deLoo等，1995，Proc.Natl.Acad.Sci USA 926743-6747)。还改造了烟草植物以通过引入并表达来自芫荽的酰基-ACP去饱和酶来产生低水平的岩芹酸(Cahoon等，1992，Proc.Natl.Acad.Sci USA 8911184-11188)。 对植物中种子油含量的修饰具有重要的医学、营养学和经济分支。就医学分支而言，已经将可见于许多种子油的长链脂肪酸(C18及更长)和与冠心病相关的高胆固醇血症和其他临床病症的减少相联系(Brenner，1976，Adv.Exp.Med.Biol.8385-101)。因此，消费具有提高水平的这些类型脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
分离的脂类代谢蛋白（ＬＭＰ）核酸，所述核酸含有选自以下的多核苷酸序列：　ａ）ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：７、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：８、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１０、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１１、ＳＥＱ　Ｉ Ｄ　ＮＯ：１３、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１４、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１６、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１７、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１９、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２０、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２２、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２３、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２５、ＳＥＱ　ＩＤ　 ＮＯ：２６、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２８、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２９、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３１、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３２、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３４、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３５、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３７、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３８、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ ：４０、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４１、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４３、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４４、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４６、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４７、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４９、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５０、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５２、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５ ３、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５５或ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５６中定义的多核苷酸序列；　ｂ）编码ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：６、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：９、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１２、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１５、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：１８、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ ：２１、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２４、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：２７、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３０、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３３、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３６、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：３９、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４２、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４５、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：４ ８、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５１、ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５４或ＳＥＱ　ＩＤ　ＮＯ：５７中定义的多肽的多核苷酸序列；　ｃ）与上面的ａ）或ｂ）的全长ＬＭＰ核酸具有至少７０％序列同一性的多核苷酸序列；　ｄ）与上面的ａ）或ｂ）的全长ＬＭＰ核酸 互补的多核苷酸序列；和　ｅ）在严格条件下与上面的ａ）或ｂ）的全长ＬＭＰ核酸杂交的多核苷酸序列。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-16 60/580,334;US 2004-8-11 60/600,4661.分离的脂类代谢蛋白(LMP)核酸，所述核酸含有选自以下的多核苷酸序列a)SEQ ID NO4、SEQ ID NO5、SEQ ID NO7、SEQ ID NO8、SEQ ID NO10、SEQ ID NO11、SEQ ID NO13、SEQ ID NO14、SEQ IDNO16、SEQ ID NO17、SEQ ID NO19、SEQ ID NO20、SEQ ID NO22、SEQ ID NO23、SEQ ID NO25、SEQ ID NO26、SEQ ID NO28、SEQ IDNO29、SEQ ID NO31、SEQ ID NO32、SEQ ID NO34、SEQ ID NO35、SEQ ID NO37、SEQ ID NO38、SEQ ID NO40、SEQ ID NO41、SEQ IDNO43、SEQ ID NO44、SEQ ID NO46、SEQ ID NO47、SEQ ID NO49、SEQ ID NO50、SEQ ID NO52、SEQ ID NO53、SEQ ID NO55或SEQID NO56中定义的多核苷酸序列；b)编码SEQ ID NO6、SEQ ID NO9、SEQ ID NO12、SEQ IDNO15、SEQ ID NO18、SEQ ID NO21、SEQ ID NO24、SEQ ID NO27、SEQ ID NO30、SEQ ID NO33、SEQ ID NO36、SEQ ID NO39、SEQ IDNO42、SEQ ID NO45、SEQ ID NO48、SEQ ID NO51、SEQ ID NO54或SEQ ID NO57中定义的多肽的多核苷酸序列；c)与上面的a)或b)的全长LMP核酸具有至少70％序列同一性的多核苷酸序列；d)与上面的a)或b)的全长LMP核酸互补的多核苷酸序列；和e)在严格条件下与上面的a)或b)的全长LMP核酸杂交的多核苷酸序列。2.权利要求1的分离的LMP核酸，其中所述多核苷酸序列编码SEQID NO6、SEQ ID NO9、SEQ ID NO12、SEQ ID NO15、SEQ ID NO18、SEQ ID NO21、SEQ ID NO24、SEQ ID NO27、SEQ ID NO30、SEQ IDNO33、SEQ ID NO36、SEQ ID NO39、SEQ ID NO42、SEQ ID NO45、SEQ ID NO48、SEQ ID NO51、SEQ ID NO54或SEQ ID NO57的多肽序列。3.权利要求1的分离的LMP核酸，其中所述多核苷酸序列在SEQID NO4、SEQ ID NO5、SEQ ID NO7、SEQ ID NO8、SEQ ID NO10、SEQ ID NO11、SEQ ID NO13、SEQ ID NO14、SEQ ID NO16、SEQ IDNO17、SEQ ID NO19、SEQ ID NO20、SEQ ID NO22、SEQ ID NO23、SEQ ID NO25、SEQ ID NO26、SEQ ID NO28、SEQ ID NO29、SEQ IDNO31、SEQ ID NO32、SEQ ID NO34、SEQ ID NO35、SEQ ID NO37、SEQ ID NO38、SEQ ID NO40、SEQ ID NO41、SEQ ID NO43、SEQ IDNO44、SEQ ID NO46、SEQ ID NO47、SEQ ID NO49、SEQ ID NO50、SEQ ID NO52、SEQ ID NO53、SEQ ID NO55、或SEQ ID NO56中定义。4.权利要求1的分离的LMP核酸，其中所述多核苷酸序列与权利要求1的a)或b)的全长LMP核酸具有至少90％的序列同一性，且其中所述分离的LMP核酸编码在植物中发挥种子贮藏化合物的调节剂功能的多肽。5.权利要求1的分离的LMP核酸，其中所述多核苷酸序列与权利要求1的a)或b)的全长LMP核酸互补，且其中所述分离的LMP核酸编码在植物中发挥种子贮藏化合物的调节剂功能的多肽。6.权利要求1的分离的LMP核酸，其中所述多核苷酸序列在严格条件下与权利要求1的a)或b)的LMP核酸杂交，且其中该分离的LMP核酸编码在植物中发挥种子贮藏化合物的调节剂功能的多肽。7.权利要求1的分离的LMP核酸，其中该核酸位于表达载体中。8.权利要求7的表达载体，其中所述LMP核酸与选自种子特异性启动子、根特异性启动子和非组织特异性启动子的异源启动子有效连接。9.权利要求7的表达载体，其中LMP核酸与ptxA启动子有效连接。10.产生具有修饰水平的种子贮藏化合物的转基因植物的方法，所述方法包括用包含脂类代谢蛋白(LMP)核酸的表达载体转化植物细胞并从植物细胞产生转基因植物，其中所述核酸编码在植物中发挥种子贮藏化合物的调节剂功能的多肽，且其中所述核酸包含选自以下的多核苷酸序列a)SEQ ID NO1、SEQ ID NO2、SEQ ID NO4、SEQ ID NO5、SEQ ID NO7、SEQ ID NO8、SEQ ID NO10、SEQ ID NO11、SEQ IDNO13、SEQ ID NO14、SEQ ID NO16、SEQ ID NO17、SEQ ID NO19、SEQ ID NO20、SEQ ID NO22、SEQ ID NO23、SEQ ID NO25、SEQ IDNO26、SEQ ID NO28、SEQ ID NO29、SEQ ID NO31、SEQ ID NO32、SEQ ID NO34、SEQ ID NO35、SEQ ID NO37、SEQ ID NO38、SEQ IDNO40、SEQ ID NO41、SEQ ID NO43、SEQ ID NO44、SEQ ID NO46、SEQ ID NO47、SEQ ID NO49、SEQ ID NO50、SEQ ID NO52、SEQ IDNO53、SEQ ID NO55或SEQ ID NO56中定义的多核苷酸序列；b)编码SEQ ID NO3、SEQ ID NO6、SEQ ID NO9、SEQ IDNO12、SEQ ID NO15、SEQ ID NO18、SEQ ID NO21、SEQ ID NO24、SEQ ID NO27、SEQ ID NO30、SEQ ID NO33、SEQ ID NO36、SEQ IDNO39、SEQ ID NO42、SEQ ID NO45、SEQ ID NO48、SEQ ID NO51、SEQ ID NO54或SEQ ID NO57中定义的多肽的多核苷酸序列；c)与上面的a)或b)的全长LMP核酸具有至少70％序列同一性的多核苷酸序列；d)与上面的a)或b)的全长LMP核酸互补的多核苷酸序列；和e)在严格条件下与上面的a)或b)的全长LMP核酸杂交的多核苷酸序列。11.权利要求10的方法，其中所述LMP核酸包含SEQ ID NO1、SEQ ID NO2、SEQ ID NO4、SEQ ID NO5、SEQ ID NO7、SEQ IDNO8、SEQ ID NO10、SEQ ID NO11、SEQ ID NO13、SEQ ID NO14、SEQ ID NO16、SEQ ID NO17、SEQ ID NO19、SEQ ID NO20、SEQ IDNO22、SEQ ID NO23、SEQ ID NO25、SEQ ID NO26、SEQ ID NO28、SEQ ID NO29、SEQ ID NO31、SEQ ID NO32、SEQ ID NO34、SEQ IDNO35、SEQ ID NO37、SEQ ID NO38、SEQ ID NO40、SEQ ID NO41、SEQ ID NO43、SEQ ID NO44、SEQ ID NO46、SEQ ID NO47、SEQ IDNO49、SEQ ID NO50、SEQ ID NO52、SEQ ID NO53、SEQ ID NO55，或SEQ ID NO56的多核苷酸序列。12.权利要求10的方法，其中所述LMP核酸包含编码SEQ ID NO3、SEQ ID NO6、SEQ ID NO9、SEQ ID NO12、SEQ ID NO15、SEQ IDNO18、SEQ ID NO21、SEQ ID NO24...

【专利技术属性】
技术研发人员：H黑特尔，G巴特，V米腾多夫，K尚克，
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]