[发明专利]用于改变玉米穗轴的木质素组成的方法和基因构建体

说明书

优先权要求

本申请要求以2005年3月28日提交的第60/665,685号美国申请作为优先权基础，该申请的公开内容通过引用方式纳入本说明书。

技术领域

本发明涉及农业生物技术领域。更具体而言，本发明涉及RNAi技术用于修饰与玉米(玉蜀黍)中的(更具体而言是玉米穗轴中)的木质素的生物合成相关的基因表达的用途。

背景技术

木质素是一种复杂的异质性芳香族聚合物，它致使膜不通透并且强化了某些植物细胞的细胞壁。

木质素通过来自诸如对香豆醇(paracoumaryl alcohol)，松柏醇和芥子醇之类的单木质醇(monolignol)的自由基团的聚合作用形成(Higuchi，1985，in Biosynthesis and degradation of wood components(T.Higuchi，ed.)，Academic Press，Orlando，FIa.pp.141-160)。木质素是通过至少三种不同单木质醇的聚合作用形成的，这些单木质醇经多个步骤的途径合成，所述途径中的每个步骤都由不同的酶催化。业已表明编码对诸如肉桂醇脱氢酶(CAD)和咖啡酸3-0-甲基转移酶(COMT)之类的某些酶的基因拷贝数量进行处理会导致所产生的木质素的量的改变；例如，参见美国专利No.5,451,514和公开号为WO 94/23044的PCT申请。另外，业已表明白杨中编码CAD的序列的反义表达导致产生组成被改变的木质素(Grand，C.et al.Planta(Ber1.)163：232-237(1985))。

在不同的物种中以及在同一植物中的不同组织中，木质素中单木质醇的相对含量有会有很大的变化。

这种变化很可能是由生物合成木质素单体必需的酶和底物的活性和特异性不同而造成，并且受其控制(Higuchi，1985，loc.cit)。

除了在植物的结构和发育中的作用之外，木质素还代表了陆地生物量(biomass)的主要成分，并且具有主要的经济意义和生态意义(Brown，1985，J.Appl.Biochem.7，371-387；Whetten and Sederoff，1991，ForestEcology and Management，43，301-316)。

在开发利用所述生物量的水平上，应当首先注意到木质素是饲料植物的消化率和营养产率的一个限制因素。事实上，业已清楚表明反刍动物对饲料植物的消化性与这些植物中的木质素含量成反比，在这种现象中木质素的性质也是一个决定性的因素(Buxton and Roussel，1988，Crop.ScL，28，553-558；Jung and Vogel，1986，J.Anim.，ScL，62，1703-1712)。

在人们关心的需要降低木质素含量的主要饲料植物中，将提到用作青贮饲料的苜蓿，羊茅草和玉米饲料。

还应注意到高木质素含量会部分导致用于喂饲家畜的向日葵饼的质量受限，并且在园艺方面导致某些种子发芽能力的下降。

还应强调，在收获后的植物组分保存过程中产生的高度木质化会迅速致使诸如芦笋、山药、胡萝卜等产品不适宜出售。

另外，还应注意到在造纸业生产纸浆的过程中，每年从木质材料中提取超过5千万吨的木质素。这种为获得纤维素所必需的提取操作首先很耗费能量，其次，用于提取的化合物会造成污染；已经发现这些环境中存在上述污染(Dean and Eriksson，1992，Holzforschung，46，135-147：Whetten and Sederoff，1991，loc.cit)。

将木质素的比例(根据不同的物种，木质素占干重的20％至30％)降至较小的百分比(2％至5％)将能获得产率的提高和大量的节约(化学产物)，并且有利于提高环境质量(降低污染)。由于木质材料的用量极大，这些下降将具有极其重要的反响。这种情况下，所涉及的物种将包括白杨，桉树属，Acacia magnium，木麻黄属以及所有用于生产纸浆的被子植物和裸子植物。

很显然在两方面的考虑中，木质素水平的下降必须适度以保持植物(或者树木)的硬度特征和正常的构造，因为强化细胞壁的木质素在维持植物直立习性方面起着重要作用。

在自然界中观察到的相同物种的木质素含量的自然变化(个体间的偏差可高达干重的6％至8％)证实了上文提出的下降。