本文公开了生长速率提高、糖含量增加和产量上升的转基因植物及用于制备所述植物的方法。所述转基因植物具有在掺入到植物的基因组ＤＮＡ中的异源启动子控制下的编码具有Ｃ－末端基序的磷酸酶的基因。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过在转基因植物中引入磷酸酶来加速植物生长和改进产量的方法相关申请本申请要求保护于2008年12月18日提交的临时申请序号61/138,918的优先权，其通过引用结合到本文中。1.
本公开内容提供通过将具C-末端基序的磷酸酶引入到植物中来加速植物生长和提高植物产量的方法。本公开内容涉及具C-末端基序的磷酸酶及其各自编码的蛋白产物以及其片段、衍生物、同源物和变体。提供将这些基因引入到植物中以实现以下目的的方法：(1)加速植物生长速率；(2)提高植物的糖含量；和(3)增加植物的产量。2.背景紫色酸性磷酸酶(PAP)催化各种各样的活化磷酸单酯和磷酸二酯及酐的水解(Klabunde等，1996)。PAP蛋白特征在于5个保守基序XDXX、XDXXY、GNH(D/E)、XXXH、XHXH中的7个保守的氨基酸残基(以黑体显示)，其参与活性位点中双金属核心(Fe3+-Me2+)的配位(Li等，2002)，其中Me为过渡金属，而主要发现在哺乳动物中Me2+为Fe2+，在植物中Me2+为Zn2+或Mn2+(Klabunde和Krebs，1997，Schenk等，1999)。紫色酸性磷酸酶以其特征紫色区别于其它磷酸酶，紫色由在560nm下从金属配位的酪氨酸到金属配体Fe3+的电荷转移跃迁产生(Klabunde和Krebs，1997；Schenk等，2000)。不同于其它酸性磷酸酶，PAP对酒石酸盐抑制不敏感，因此它们亦被称为抗酒石酸盐酸性磷酸酶(TRAP)。首先在红色菜豆中后来在以下植物中表征了某些植物PAP的生物化学特性：大豆悬浮细胞、大豆幼苗、稻培养物细胞、菠菜叶、甘薯块茎、西红柿、黄色羽扇豆种子、苜蓿和拟南芥(Arabidopsis)等(Schenk等，1999)。通常基于其水解磷酸盐化合物的能力认为植物PAP介导磷获得和再分配(Cashikar等，1997；Bozzo等，2004；Lung等，2008)。培养基或土壤中的外部磷酸盐水平调节某些植物PAP转录，这强烈表明PAP参与磷酸盐获得。例如，P胁迫下提高苜蓿根部MtPAP1的转录水平，这表明其在P获得或内部动员中的作用(Xiao等，2005；Xiao等，2006)。某些植物PAP可从根部细胞分泌到细胞外环境，然后水解各种磷酸酯。Lung等纯化了来自烟草的分泌性PAP磷酸酶，其可水解多种底物，有助于减轻P饥饿(Lung等，2008)。某些植物PAP亦可水解肌醇六磷酸，肌醇六磷酸为植物中磷的主要贮存化合物。Hegeman和Grabau(2001)纯化了发芽大豆幼苗子叶的新型的PAP(GmPhy)。将GmPhy引入到大豆组织培养物中，经测定显示有磷酸酶活性。最近，发现与该大豆PAP享有高度序列同源性(73-52％)的拟南芥AtPAP15和23表现出肌醇六磷酸酶的活性(Zhu等，2005；Zhang等，2008)。除参与P获得外，植物PAP还可履行某些其它生理作用。例如，PAPAtACP5(AtPAP17)、SAP1和SAP2(delPozo等，1999；Bozzo等，2002)不仅显示磷酸酶活性，而且还显示过氧化物酶活性，这表明其参与植物器官中活性氧化合物的除去。有人提出复活节百合(Esterlily)的花粉特异性PAP在成熟花粉中起铁载体的作用(Kim和Gynheung，1996)。其它研究表明植物PAP亦可参与NaCl胁迫适应或细胞再生(Kaida，2003；Liao等，2003)。在拟南芥基因组中，基于序列比较鉴定了29种潜在的PAP基因。这些假定的酶中有24种含有参与金属结合的7个保守的氨基酸残基。一种(AtPAP13)缺乏这7个残基中的4个，其余4种(AtPAP14、16、28和29)缺乏5个保守基序中的第一个、第二个或两个基序都缺。28种在拟南芥中活跃地转录(Zhu等，2005)。迄今为止，尽管表征了数个成员(delPozo等，1999)，但对AtPAP生物化学性质和生理作用知道得相当少。首先知道AtPAP17(AtACP5)由磷饥饿所诱导。根据GUS活性测定，AtPAP17转录亦对ABA、盐胁迫(NaCl)、氧化应激(H2O2)和叶衰老起反应。在氮或钾饥饿和百草枯(paraquat)或水杨酸期间，未观察到AtPAP17表达变化。像其它5型酸性磷酸酶一样，AtPAP17显示过氧化反应活性，其在植物的受胁迫或衰老部分可参与活性氧类别代谢。除了AtPAP17外，发现还有几种AtPAP参与拟南芥的磷代谢。P胁迫诱导根分泌AtPAP12，其调节主要在转录水平(Patel等，1998；Coello，2002/11)。AtPAP4以及AtPAP10、AtPAP11和AtPAP12参与磷饥饿响应，因为在磷酸盐剥夺期间其转录水平提高(Li等，2002；Wu等，2003)。与此相反，AtPAP20、21和22与P饥饿无关，其在Pi充足或缺乏条件中组成型表达。经由杆状病毒表达系统在细胞质中检测到荧光信号，这表明它们可在细胞质中起作用(Li和Wang，2003)。纯化并表征了来自Pi-饥饿的拟南芥悬浮细胞培养物中的AtPAP26(Veljanovski等，2006)。其作为与55kDa的糖基化蛋白的同型二聚体存在，对多种底物表现出特异性，且对磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和多肽磷酸盐(polypeptidephosphate)有最大的活性。AtPAP26亦显示碱性过氧化物酶活性，且可能在活性氧类别代谢中起作用。蛋白质组学研究表明其可位于液泡中，并参与细胞内P代谢物的Pi再循环(Shimaoka等，2004)。PAP可对各种各样的底物起作用，但它们并不是全部表现出肌醇六磷酸酶活性。涉及GST-AtPAP23融合蛋白的酶测定显示AtPAP23表现出肌醇六磷酸酶活性。GUS研究表明，AtPAP23在拟南芥花中独有地表达，可能在花发育中起某些作用(Zhu等，2005)。在最近报告中，还发现在大肠杆菌(E.coli)和酵母菌中表达并部分纯化的重组AtPAP15表现出肌醇六磷酸酶的活性(Zhang等，2008)。提出AtPAP15可参与抗坏血酸生物合成，其中肌醇六磷酸水解的终产物肌醇作为抗坏血酸合成的前体。如上所述，表征的植物PAP的大部分功能与磷代谢相关。没有一种功能上或生物化学上表征的植物PAP携带跨膜基序，它们中没有一种显示与膜相关。此外，迄今为止，没有AtPAP或任何植物PAP显示影响植物的糖信号转导和碳代谢。在植物中转基因表达植物PAP的首个报道在2005年报道(Xiao等，2005)。来自苜蓿的PAP-磷酸酶基因(MtPHY1)在转基因拟南芥中表达，导致提高了从琼脂培养基的肌醇六磷酸中获得P的能力(Xiao等，2005)。但是，未报告植物的生长性能与正常生长下不同。3.简述本公开内容提供通过将具C-末端基序的磷酸酶引入植物来加速植物生长和提高植物产量的方法。公开了具C-末端基序的磷酸酶及其各自编码的蛋白产物以及其片段、衍生物、同源物和变体。提供了将该类基因引入到植物以加速植物生长速率、提高植物的糖含量和增加植物的产量的方法。在不愿受任何特定理论所约束的情况下，认为C-末端基序起跨膜结构元件(跨膜基序)的作用。如上背景章节所述，表征的植物PAP的大部分功能与磷代谢本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制备转基因植物的方法，所述转基因植物具有提高的植物生长速率和提高的植物产量，所述方法包括：将编码磷酸酶的基因引入到植物中，所述磷酸酶基因编码以下多肽，其包含具有ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：６６序列或其同源物的Ｃ－末端基序，和选自ＳＥＱ ＩＤＮＯ：４８－５３中的一个或多个序列。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/1389182008年12月18日1.一种制备转基因植物的方法，所述转基因植物具有提高的植物生长速率和提高的植物产量，所述方法包括：将编码紫色酸性磷酸酶的基因引入到植物中，其中所述紫色酸性磷酸酶基因包含编码以下多肽的核苷酸序列，所述多肽由氨基酸序列SEQIDNO:2组成。2.权利要求1的方法，其中所述紫色酸性磷酸酶基因包含核苷酸序列SEQIDNO:1。3.权利要求1的方法，其中相对于野生型植物，在所述转基因植物中引入所述紫色酸性磷酸酶基因增量调节蔗糖磷酸合酶的酶活性。4.权利要求1的方法，其中相对于野生型植物，在所述转基因植物中引入所述紫色酸性磷酸酶基因增量调节蔗糖和/或葡萄糖水平。5.权利要求1的方法，其中相对于野生型植物，引入所述紫色酸性磷酸酶基因提高所述转基因植...
【专利技术属性】
技术研发人员：林文量，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：HK
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