[发明专利]脂代谢蛋白、脂代谢蛋白组合及其用途

说明书

说明

此处描述的为植物基因工程领域的发明，包括编码用于改进农艺、园艺和质量性状的LMP的多核苷酸组合。本发明还涉及编码与植物中种子贮藏化合物存在相关的蛋白质的多核苷酸组合。更具体的，本发明涉及编码脂代谢蛋白(LMP)的LMP多核苷酸及其序列组合的用途、其在组合中的顺序和方向和在转基因植物的这些组合中用于控制表达和转录终止的调控元件。具体来说，本发明涉及在植物和种子中用于操纵脂肪酸相关化合物和用于提高油、蛋白质和/或淀粉水平及改变脂肪酸组成的方法。本发明还涉及使用这些多肽的新型组合以刺激植物生长和/或根生长和/或提高产量和/或种子贮藏化合物的组成的方法。

对植物的研究和基因操纵具有很长的历史，甚至在孟德尔(Gregor Mendel)的著名研究之前就开始了。为了完善这一学科，科学家已经完成了对植物中特定性状的修饰，范围从具有提高的淀粉含量的马铃薯块茎到具有提高或改变的脂肪酸含量的油料种子植物例如卡诺拉油菜(canola)和向日葵。随着植物油消耗和使用的增多，对种子油含量和种子油水平的修饰已日益广泛(例如等人1995，Science 268：681-686)。对转基因植物生物合成途径的操纵为分子生物学家和植物生化学家提供了大量的机会影响植物代谢以提高特定较高价值作物的产量。在大量传统油料种子植物中已进行了种子油产量或组成的改变，例如大豆(U.S.专利号5,955,650)、卡诺拉油菜(U.S.专利号5,955,650)、向日葵(U.S.专利号6,084,164)和油菜籽油菜(等人1995，Science 268：681-686)，和非传统油料种子植物例如烟草(Cahoon等人1992，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89：11184-11188)。

植物种子油包含中性和极性脂两者(见表1)。中性脂主要包含三甘油酯，其为种子油体(oil body)中积聚的主要贮藏脂。极性脂主要在种子细胞的各类膜中被发现，例如内质网、微粒体膜、质体和线粒体膜和细胞膜。中性和极性脂包含若干常见的脂肪酸(见表2)和一些较不常见的脂肪酸。膜脂的脂肪酸组成是被严格调控的并且仅有选定数量的脂肪酸在膜脂中被发现。另一方面，大量罕见脂肪酸可并入许多植物种类的种子的中性贮藏脂中(Van de Loo F.J.等人1993，Unusual Fatty Acids in Lipid Metabolism in Plants pp.91-126，editor TS Moore Jr.CRC Press；Millar等人2000，Trends Plant Sci.5：95-101).。

脂由脂肪酸合成，并且其合成可分为2种：原核途径和真核途径(Browse等人1986，Biochemical J.235：25-31；Ohlrogge & Browse 1995，Plant Cell 7：957-970)。原核途径在质体中进行，这里也是脂肪酸生物合成的主要位点。脂肪酸合成开始于乙酰辅酶A至丙二酸单酰辅酶A的转化，由乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)催化。丙二酸单酰辅酶A经丙二酸单酰辅酶A:ACP酰基转移酶转化为丙二酸单酰-酰基载体蛋白(ACP)。β-酮酰基ACP合成酶III(KAS III)催化缩合反应，其中乙酰辅酶A的酰基基团转移至丙二酸单酰ACP以形成3-酮丁酰ACP。在随后的一系列缩合、还原和脱水反应中，ACP辅因子上新生的脂肪酸链通过丙二酸单酰ACP贡献的2个碳原子的逐步添加(缩合)延伸直至形成一条16或18碳的饱和脂肪酸链。质体内的Δ-9酰基ACP去饱和酶将第一个双键引入脂肪酸。

在原核途径中，饱和和单不饱和酰基-ACP为质体甘油-3-磷酸酰基转移酶和溶血磷脂酸酰基转移酶的直接底物，二者催化3-磷酸甘油在sn-1和sn-2位的酯化反应。得到的磷脂酸为质体脂类的前体，在此磷脂酸中可以发生进一步的酰基残基的去饱和。