[发明专利]用于区别性调节膜脂和种子油中脂肪酸不饱和性的组合物和方法

说明书

发明领域

本发明的方面一般地涉及脂肪酸生物合成，膜脂和植物种子油，且更具体地涉及不饱和脂肪酸及相关酰基甘油，以及涉及基于先前未知的生物合成途径的调节，区别性调节植物种子油和膜脂中脂肪酸不饱和性的组合物和方法，所述途径涉及在发育的含油种子植物(例如，拟南芥(Arabidopsis)，大豆(Glycine max)，油菜(甘蓝型油菜(Brassica napus)或白菜型油菜(B.rapa))，向日葵(Helianthus annuus)，等)中调节磷脂酰胆碱生物合成的新型磷脂酰胆碱:二酰甘油磷酸胆碱转移酶(PDCT)。具体的方面涉及本发明的PDCT多肽包括，例如，其变体、缺失、突变蛋白、融合蛋白、和直向同源物(总的来说，PDCT蛋白)，涉及编码它们的分离的核酸，涉及包含所述PDCT蛋白或缺乏所述PDCT蛋白的植物，且涉及用于生成具有改变的或无PDCT表达和/或活性的植物的方法，包括但不仅限于包括诱变，基因沉默，反义，siRNA，重组DNA，转基因学等方法。

相关申请的交叉参考

本发明要求2009年2月2日提交的标题为“用于区别性调节膜脂和种子油中脂肪酸不饱和性的组合物和方法”的美国临时专利申请系列号61/149,288，和2008年3月4日提交的具有相同标题的美国临时专利申请系列号61/033,742的优先权，将这二者通常参考整体结合于此。

关于联邦资助研究的声明

本发明是至少部分地在由美国农业部(USDA)颁发的政府资金2006-35318-17797和97-35301-4426支持下完成的，因此美国政府对本发明具有一定的权利。

背景

许多植物物种包括，例如，拟南芥(Arabidopsis thaliana)在它们的种子中储存三酰甘油(TAGs)作为碳储备。这些TAGs是在植物生命早期支持种子发育的主要能量和碳物质来源。来自大豆(Glycine max)，油菜(甘蓝型油菜或白菜型油菜)，向日葵(Helianthus annuus)和许多其他含油种子农作物的植物油也是人类饮食或工业应用包括，但不仅限于生物燃料、生物润滑剂、尼龙前体、和清洁剂原料的重要来源。植物油的多不饱和脂肪酸的程度和/或量是关于油在食品或非食品工业中应用的特有决定性特性。更具体地，植物油的特有特性和效用主要由其在TAG中的脂肪酰基组合物决定。

主要的植物油主要包括棕榈酸(16:0)，硬脂酸(18:0)，油酸(18:1cisΔ⁹)，亚油酸(18:2cisΔ^9，12)，和α-亚油酸(18:3cisΔ^9，12，15)。至少一个世纪以来试图寻求脂肪酸组合物的修饰，从而为人类营养和化学(例如油化学)应用提供最佳油产品(1-3)。具体地，多不饱和脂肪酸(18:2和18:3)已经受到大量关注，因为它们是影响营养价值和油稳定性的主要因素。然而，尽管这两种脂肪酸为人类和动物提供基本营养，但是它们增加油的不稳定性，因为它们包含多个在加工和保存过程中易被氧化的双键。

现有技术的局限性。18:1至18:2的去饱和作用是合成多不饱和脂肪酸的关键步骤。在保存脂质生物合成的过程中，已知该反应受脂肪酸去饱和酶FAD2，即一种位于内质网(ER)上的膜结合酶的催化(4)。FAD2底物18:1必须在磷脂酰胆碱(PC)，即植物细胞的主要膜磷脂的sn-2位置上酯化(5，6)。因此，不意外的是，FAD2(和FAD3)基因的下调成为避免对氢化植物油和不希望的副产物反式脂肪酸的需要的优选策略。例如，大豆具有种子特异性和组成型FAD2去饱和酶二者，因此种子特异性同种型的基因沉默容许产生高油酸的栽培种(在油中＞88％18:1)，在所述栽培种中膜不饱和性和植物表现主要不受影响。然而，显著地，所述FAD2基因沉默策略受到很大局限，因为，例如，油菜及其它含油种子植物仅具有组成型FAD2酶。因此，在油菜和其他所述组成型FAD2农作物中，FAD2的沉默或下调不仅改变种子中储存三酰甘油(TAG)的脂肪酸组成，而且改变细胞膜的脂肪酸组成，这严重危害植物的生长和产量。例如，拟南芥突变体fad2中的缺陷性FAD2改变种子和植物组织的脂肪酸组成，且严重危害植物生长(4)。在油中产生最高18:1水平的FAD2突变和沉默也减少植物和种子组织中的膜不饱和性，由此产生发芽和生长不良的植物。结果，仅部分下调FAD2表达是可能的，其在商业栽培种诸如Nexera/Natreon(Dow AgroSciences)和Clear Valley 75(Cargill)的油中产生约70-75％18:1。