[发明专利]具有提高的淀粉蔗糖酶蛋白和提高的分支酶活性的遗传修饰的植物细胞和植物

说明书

本发明涉及具有提高的淀粉蔗糖酶蛋白活性和提高的分支酶活性的转基因植物细胞和植物。这类植物细胞和植物与相应非遗传修饰的野生型植物(植物细胞)相比可合成改性淀粉和/或合成在O-6-位上带有改变的支化度的α-1，6支链α-1，4-葡聚糖类和/或获得较高产量。

在农业和林业领域中，生产具有提高的产量的植物，特别是为了确保持续增长的世界人口的食品需求和保证再生原料的供应，已经成为一个持久的努力方向。在传统上，已经进行了通过培育获得高产植物的尝试。对于每一所关注的植物物种来说，必须进行相应的培育程序。然而，这要花费大量的时间和劳动。已经部分通过对植物的遗传操作、即通过在植物中有目的的引入和表达重组核酸分子而取得了进展。这类手段具有如下优点：一般来说，它们并不限于一个植物物种，而可以将一个植物物种转化成其它植物物种。因此，看起来需要提供可得到高产量的植物细胞和植物并提供用于生产这类植物细胞和植物的方法。

鉴于近来正在逐步增长的与作为再生原料来源的植物物质结合的重要性，为生产工业的要求而调整这些植物原料作努力是生物技术研究中的任务之一。为了有利于在尽可能多的应用领域中使用再生原料，另外必不可少的是获得大量的各种物质。此外，必须增加这些植物物质的产量以便提高生产再生植物原料来源的效率。

除油、脂肪和蛋白质外，多糖是最重要的再生植物原料。除纤维素外，淀粉与多糖一起起重要作用，因为它是高等植物中最重要的储备物质之一。

除多糖淀粉在食品中的应用外，它还可以广泛用作生产工业化产品的再生原料。

多糖淀粉由化学上一致的基本成分，葡萄糖分子组成，但它可以形成具有不同聚合度和支化度且由此主要在其物理和化学特性方面存在差异的不同分子的复杂的混合物。

在主要由α-1，4-糖苷键连接的葡萄糖单位组成的非支化聚合物直链淀粉与支化是因存在其它α-1，6-糖苷键而产生的支化聚合物支链淀粉之间进行区分。按照文献中所述(Voet和Voet，《生物化学》(Biochemistry)，John Wiley & Sons，1990)，平均每24-30个葡萄糖残基出现一个α-1，6-糖苷键。这符合约3％-4％的支化度。具体的支化度是可变的且取决于各淀粉的来源(例如，植物物种、植物变种等)。通常用于淀粉的工业化生产的植物的总淀粉含量中的直链淀粉含量在10-25％之间改变。

为了有利于广泛应用诸如例如淀粉这样的多糖，看起来需要提供在多糖组成上改变的植物，且例如这些植物能够合成特别适合于不同应用的改性淀粉和/或高度支化的α-1，6-α-1，4-葡聚糖类。除培育法外，生产这类植物的一种可能性是有目的的通过遗传工程法改变产淀粉的植物中的淀粉代谢。然而，有关的先决条件是对淀粉合成和/或改性过程中起作用的酶进行鉴定和特征记述并分离编码这些酶的相应DNA分子。

使淀粉形成的生物化学合成途径基本上是公知的。植物细胞中的淀粉合成发生在质体中。在光合活性组织中，它们发生在叶绿体中，在储藏淀粉的无光合活性组织中，它们发生在造粉体中。

参与淀粉合成的最重要的酶是淀粉合酶(例如，参见专利申请WO96/15248)、R1-酶(例如，参见WO97/11188)以及分支酶(例如，参见WO92/14827)。在淀粉的生物合成过程中诸如例如淀粉磷酸化酶(例如，参见WO98/40503)这样的其它酶的确切作用尚未了解。

为了以植物合成改性淀粉这样一种方式进一步提供改变任意植物的可能性，也可能引入在野生型植物中不存在且编码参与多糖合成的蛋白质的外源核酸分子，诸如例如细菌或真菌的。例如，可以证实能够通过在造粉体中对细菌果糖基转移酶进行造粉粒表达来合成所谓的“淀粉果聚糖”(Smeekens，《植物科学趋势》(Trends in Plant Science)第2卷第8期(1997)，286-288)。

对马铃薯植物中的细菌糖原合酶进行异源表达导致与野生型植物相比直链淀粉的含量轻度下降、支化度增加且支链淀粉的支化模式改变(Shewmaker等，《植物生理学》(Plant.Physiol.)104(1994)，1159-1166)。