用于制造包含甲壳素的植物细胞壁的方法技术

本发明专利技术提供了改变植物次生细胞壁的反应性，尤其棉花纤维中存在的棉花细胞壁的反应性的方法和手段。这可方便地通过在棉花植物中表达编码了同丝水霉甲壳素合成酶的一种嵌合基因来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及改变植物细胞壁(例如次生植物细胞壁)的反应性。具体来说,本专利技术提供了包含带正电多糖(例如甲壳素和壳聚糖)的棉纤维。这些棉纤维具有一种改变的反应性，该改变的反应性可被利用以便用纤维活性染料将这些纤维染色。另外，该改变的反应性可用于提高这些纤维与反应物(如阻燃剂、水、拒油剂以及拒污剂、软化剂、抗静电剂、荧光增白剂等)的反应性。
技术介绍
人类数千年来一直使用天然纤维，包括来自植物(例如棉花和亚麻)且含纤维素的天然纤维，用于生产许多不同种类的纺织品。随着要求的增加以及纤维质量的改进，基于棉花的全球纺织工业发展迅速。现今，棉花提供了全球约45 %的成衣原料，并且许多最好的时装店都使用由高质量棉花制成的纺织品。棉纤维由纤维素组成，它是一种由许多葡萄糖 分子构成的天然聚合物。棉纤维独特的结构理想地适于纺织品生产。每根纤维基本上都是一根几厘米长的中空管，当纺织和编织时提供非常特别的特征性棉“感”。然而，含纤维素的天然纤维因为由β-1-4连接的葡萄糖单体组成的纤维素相对惰性的性质，没有合成纤维的化学多功能性。这一相对惰性性质在棉纤维和织物的染色过程中较为明显。直接染料和纤维活性染料是用于棉花着色的两类阴离子染料。棉花本身在水中呈阴离子电荷，因此不经特殊处理，纤维或织物即可非常巧妙地吸收染料。直接染料与纤维素聚合物建立了相对较弱的氢键，形成半永久性连接，这是因为它经不起彻底洗涤。纤维活性染料是将发色团与一个反应性基团组合在一起的分子，该反应性基团通过与羟基基团的反应而与纤维形成强共价键。这些共价键使染色的纤维具有一种良好的耐洗性。在染色过程期间，需要大量电解质来保护这些阴离子染料免受阴离子纤维电荷的影响。未反应的水解染料(多达40%)需要利用一个洗涤步骤来去除，从而产生大量废水，这些废水也包含上述电解质。对纤维素纤维提供正电荷(例如通过结合带正电的化合物)可因此改进天然纤维素纤维的可染性，并且改进改性纤维素纤维与带负电的化合物的任何化学反应。还将可能使用酸性染料。数种出版物已经描述了将壳聚糖寡聚物涂布在纤维素纤维上以产生壳聚糖/纤维素共混物、纱线或织物。壳聚糖是一种带正电的氨基葡萄糖聚合物，该聚合物可以通过例如碱处理对甲壳素进行脱乙酰化来获得。甲壳素本身是一种β-1-4连接的N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)的聚合物。Liu 等人(Carbohydrate Polymers 44(2003) 233-238)描述了一种用壳聚糖对棉纤维进行表面涂布的化学方法。具有了这种壳聚糖涂层，棉纤维表面变得具有生理和生物活性，这是因为氨基基团的化学反应性使得对纤维进行后续化学修饰的可能性更大。基于壳聚糖在抑制例如皮肤菌方面的生理功能，许多功能性衣服、织物以及纤维都采用纤维素-壳聚糖共混纤维、纤维素纤维-壳聚糖偶联物、以及涂有含壳聚糖树脂的织物。WO 00/09729说明了在植物中表达甲壳素合成酶和甲壳素脱乙酰化酶基因以改变细胞壁，供工业使用并且提高抗病性。特别提到的用途是提供纤维素、甲壳素以及壳聚糖的一种单一植物来源，以便增加拉伸强度并增加脆断。特别提出的甲壳素合成酶基因是源自真菌生物。既没提供关于在植物中产生甲壳素或壳聚糖的实验数据，也没提供关于在植物细胞壁中并入甲壳素或壳聚糖的实验数据。W02006/136351显示，W000/09729中所提出的策略并不能将甲壳素功能性合并到植物细胞壁中。相反，W02006/136351披露了只有当真菌甲壳素合成酶(来自粗糙脉孢菌)主动再次定位于高尔基体中时，方在棉纤维的次生细胞壁中有效地产生甲壳素。后者通过以下方式实现将这种真菌甲壳素合成酶与对高尔基体特异的一个信号锚固序列可操作地融合，并且在植物中表达所得的嵌合基因。虽然甲壳素可在棉花植物的细胞壁中有效地产生，但还观察到转基因植物很小，这大概是因为嵌合甲壳素合成酶的表达在棉纤维的棉花外部具有毒性。因此，仍然需要多种替代方法，以便产生包含带正电多糖的植物细胞壁(例如次生细胞壁)。具体来说，需要提供多种方法以便产生可以直接从植物中收集、并且含有带正电的化学基团和/或反应性比纤维素的羟基基团更大的纤维，这些纤维不需进一步化学处理即可直接使用，引入这些化学基团并且其中转基因植物不显示生长延迟。这些以及其他问题已如下文在不同实施方案、实例以及权利要求书中所述而解决。专利技术概述本专利技术显不,一种源自同丝水霉(Saprolegnia monoica)的甲壳素合成酶(这种酶没有与一个高尔基体靶向信号可操作地连接)在植物细胞中进行表达，可使N-乙酰氨基葡萄糖聚合物有效地结合到植物细胞壁、尤其是植物次生细胞壁中。在不同的实施方案、实例以及权利要求书中所说明的专利技术提供了水霉属甲壳素合成酶以及它在表达盒中包含的嵌合基因，它们可以用于用带正电多糖修饰植物细胞壁。因此，本专利技术的一个第一目标提供了一种分离的核酸分子，该分子包含编码一种甲壳素合成酶多肽的一个核苷酸序列，其中所述核苷酸序列与SEQ ID NO :1或它的一个互补序列是至少97%—致的。在另一个实施方案中，本专利技术提供了一种分离的核酸分子，该分子包含编码了一种甲壳素合成酶多肽的一个核苷酸序列，该甲壳素合成酶多肽与SEQ ID NO :2是至少80% —致的。在又一个实施方案中，本专利技术提供了一种嵌合基因，该嵌合基因包含以下可操作地连接的DNA区a) —个植物可表达的启动子，b) —个核苷酸序列，该序列与SEQ ID NO: I或它的一个互补序列至少97%—致，或一个核苷酸序列，该序列编码了一种与SEQ ID NO :2至少80%—致的甲壳素合成酶多肽，以及c) 一个转录终止以及多聚腺苷酸化区。在又一个实施方案中，该嵌合基因包含一种组成型启动子。在又一个实施方案中，该嵌合基因包含一种纤维选择性启动子。在又一个实施方案中，该嵌合基因包含一种棒曲霉素启动子。在又一个实施方案中，本专利技术提供了一种嵌合基因，该嵌合基因如之前实施方案中任一个所定义。在又一个实施方案中，本专利技术提供了一种主要由植物细胞组成的植物，该植物细胞包含一种如之前实施方案中任一个所定义的嵌合基因。在一个特定实施方案中，该植物是一种棉花植物。在又一个实施方案中，本专利技术提供了纤维，这些纤维获自根据本专利技术的植物。在又一个实施方案中，本专利技术提供了一种转基因种子，该转基因种子包含一种如之前实施方案中任一个所定义的嵌合基因。在又一个实施方案中，本专利技术提供了一种制造包含带正电多糖的植物细胞壁的方法，所述方法包括在植物中表达根据之前实施方案中任一个的嵌合基因，并且分离所述植物细胞壁。在一个特定的实施方案中，所述方法提供了一种棉花植物的细胞壁。在又一个特定的实施方案中，所述方法提供一种棉花植物的细胞壁，该棉花植物的细胞壁存在于一种棉纤维中。图式简单说明图I :图Ia显示了经罗丹明偶联的甲壳素结合探针染色的未转化的成熟毛状体(拟南芥)，而图Ib显示了经罗丹明偶联的甲壳素结合探针染色的包含SmCHS2嵌合基因的重组成熟毛状体(拟南芥)。观察到与该甲壳素结合探针的明显反应，这是因为重组毛状体(图Ib)的染色比源自对照植物的毛状体(图Ia)更强。重组毛状体中存在红点，表明有甲壳素(图Ib)，而未转化的毛状体中无红点(图Ia)。本专利技术的不同实施方案的详细说明本文档来自技高网...

【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：文森特·布洛内，杰亚·圭里罗，马克·德布洛克，弗兰克·莫伊勒韦特，
申请(专利权)人：拜尔作物科学公司，文森特·布洛内，杰亚·圭里罗，
类型：发明
国别省市：