在具有腺毛的植物中产生萜烯和萜类制造技术

提供了在转基因的具有腺毛的植物中产生异源萜烯(terpenes)、萜类(terpenoids)和/或小分子的方法，以及能够产生异源萜烯、萜类和小分子的转基因的具有腺毛的植物。遗传改造的具有腺毛的植物包含并表达编码在产生萜烯、萜类和小分子的生物合成途径中具有活性的蛋白的一种或多种基因。结果是，转基因植物的精油富集异源或同源的萜烯、萜类和/或小分子。植物腺毛中精油的储存减少异源分子的挥发性和细胞毒性，从而增加产量和减少对转基因植物的伤害。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在具有腺毛的植物中产生萜烯和萜类领域本公开内容一般涉及在遗传改造的具有腺毛的植物中产生同源或异源的萜烯 (terpenes)和萜类(terpenoids)、和/或高价值小分子。更具体地，遗传改造的具有腺毛的植物包含并表达编码在同源或异源的萜烯和萜类、和/或高价值小分子的生物合成中具有活性的蛋白的基因。背景大多数植物在其叶表面上具有称为毛状体的特化的毛发样结构。这些结构参与大量适应性功能，包括保护不受草食动物和微生物侵害。存在两种主要类型的毛状体腺毛和非腺毛。腺毛不像非腺毛那么普遍，能够合成和储存大量的次生代谢物作为植物精油的部分。精油是一种挥发性的复杂混合物，特征是强烈的气味，主要包括萜烯。萜烯和其化学改性形式(通称为“萜类”)是生物合成地来源于同样的基本五-碳异戊二烯构件的有价值的烃类。毛状体中发生的生物合成途径具有使得它们成为代谢工程的有吸引力的靶的多种特征。首先，毛状体仅为产生大量特化的小分子而设计，使得它们成为萜烯和来源于萜烯的其他烃类的理想生产系统。第二，毛状体是非必需结构，表示对其内源途径的修饰将不会不利地影响植物健康。第三，由于毛状体的天然保护结构，对其他植物组织有毒的化学物可在植物精油中产生和富集，而不对植物细胞产生细胞毒性。胡椒薄荷(p^permint)是可用作产生油类和高价值小分子的通用平台的具有腺毛的植物的一个实例。从胡椒薄荷(MenthaXpiperita)叶蒸馏的精油用在多种消费品中(如，口香糖、牙膏和漱口水)，用作糖果和药品工业中的调味剂，和用作芳香疗法的活性成分来源。胡椒薄荷油主要由对薄荷烷型单萜(monoterpenes)组成，含有少量(smaller quantities)其他单蔽禾口微量(minor quantities)倍半蔽(sesquiterpenes) (Rohloff, 1999)。精油在特化的盾状腺毛中合成和积聚(Gershenzon等，1989 ；McCaski 11等，1992)。 这些毛状体包含以8细胞盘排列的分泌细胞，它们负责合成精油。精油被排入通过表皮材料的预形成层的分离而形成的新生腔(Amelimxen，1965)。精油从胡椒薄荷盾状腺毛的挥发是可忽略的(Gershenzon等，2000)。尽管类异戊二烯天然产物表现出巨大的结构多样性，关键中间产物的生物合成所基于的生化原理是相对简单的。术语类异戊二烯用于形式上来源于异戊二烯O-甲基丁-1，3-二烯)的化合物，其构架通常可以任何类异戊二烯分子的重复出现来辨别 (Ruzicka,1953)0所有类异戊二烯结构生物合成地来源于“活性异戊二烯”(Lynen等， 1958 ；Chaykin等，1958)即异戊烯基二磷酸(IPP)、和其异构体二甲烯丙基二磷酸(DMAPP) (附图说明图1)。起始分子DMAPP与链延伸分子IPP之间的缩合反应产生多种异戊二烯基二磷酸，其用作产生类异戊二烯终产物的萜烯合酶和次级修饰酶的前体。通用的C5中间产物IPP和 DMAPP可经由两种不同途径产生。在酵母、真菌、古细菌和动物中，甲羟戊酸(MVA)途径负责合成类异戊二烯中间产物，而在大多数真细菌中不依赖MVA的途径起作用。两种途径在植物和某些藻类中都发生，其中MVA途径的酶存在于胞质/ER区室，不依赖MVA途径的酶位于质体(Lange等，2000a)。因为在胡椒薄荷腺毛中产生高水平的IPP和DMAPP (McCaskill和 Croteau, 1995)，存在利用这些毛状体作为产生来源于IPP和DMAPP前体的各种萜烯和萜类的“绿色工厂”的可能。尽管利用植物作为产生小分子的“绿色工厂”的观念已经引起巨大兴趣，迄今有多种问题阻碍了代谢改造的努力(1)当萜烯和萜类以非特异性方式积聚时，其积聚导致细胞毒性；( 当萜类以非特异性方式产生时，其通常为了储存而转化为共轭物 (conjugate)，导致积聚水平低；和(3)当在大多数植物中产生时，萜类作为挥发物排出，这导致积聚水平低。概述本专利技术的一个实施方案是基于首次在遗传改造的具有腺毛的植物中成功产生新的异源萜烯和/或萜类。具有毛状体的植物物种天然地进化了储存大量精油的能力。本文描述的结果显示，异源萜烯和萜类(该植物天然不产生的萜烯和萜类)被产生和积聚在转基因植物的精油中。该转基因植物通过转化在异源萜烯和/或萜类的生物合成中具有活性的一种或多种基因来产生。典型地，生物合成途径通常或“天然地”存在于其他物种的植物中，但在根据本专利技术遗传改造的具有腺毛的植物中通常(天然地)不存在或不运转。例如，通过用来自青蒿(Artemisia annua.)的以下基因之一转化薄荷植物，已在该转基因植物中产生和积聚多种异源单萜和倍半萜紫穗槐-1，4-二烯合酶(ADQ基因、 (-)_芳樟醇合酶、(+)_柠檬烯合酶、(-)_柠檬烯7-羟化酶或Y-蛇麻烯合酶。在转基因植物中产生的异源单萜和倍半萜包括紫穗槐-1，4-二烯、(-)_芳樟醇、(+)_柠檬烯、 (-)_紫苏醇和Y-蛇麻烯，这些都不是薄荷植物中通常产生的。这些结果显示，遗传改造的具有腺毛的植物是用于产生有价值的异源萜烯和萜类的适当的宿主。具有腺毛的植物还可用于产生其他有价值的小分子，例如，来源于萜类或苯并素生物合成途径的小分子，诸如松香二烯(abietadiene)、紫穗槐-1,4- 二烯(amorpha-1，4-diene)、5_ 表-马兜铃烯 (5-epi-aristolochene)、青蒿酸(artemisinic acid)、脱氧青蒿酸(dehydroartemisinic acid)、青蒿素(artemisinin)、反式香梓樣烯(trans-alpha-bergamotene)、β-红没药烯(beta-bisabolene)、α -和γ -红没药烯、(+)-冰片基二磷酸((+) -bornyl diphosphate)、 δ-杜丰公！；希(delta—cadinene)、 (-)((_)—camphene)、 (+) -3- W 'M ((+)-3-carene)、α -禾口 β-石竹烯(caryophyllene)、蓖麻烯(casbene)、对映-咖萨-12， 15—二;I；希(ent-cassa-12,15-diene) (epi_cedrol)、菊基二 舞酸(chrysanthemyl diphosphate)、1，8-桉树脑(1，8-cineole)、(-)-柯巴基二磷酸((-)-copalyl diphosphate)、对映-柯巴基二磷酸(ent-copalyl diphosphate)、β -荜澄茄烯 (beta-cubebene)、荜澄酉享(cubebol)、elisabethatriene、β -按叶酉享(beta-eudesmol)、 法呢醇(farnesol)、α -和β -法呢烯(farnesene)、栊牛儿醇(geraniol)、栊牛儿基芳樟酉享(geranyllinalool)、germacradienol/ 土臭味素(geosmin)、大根香叶烯 (germacrene) A、C 禾口 D、棉酷(gossypol)、α -古芸烯(alpha-gur junene)、(+)-5(6)， 13-halim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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·马库斯·兰格，里格伯托·里奥斯埃斯特帕，葛兰·W·特纳，
申请(专利权)人：华盛顿州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：