[发明专利]具有Δ6脂肪酸脱氢酶功能的基因及其应用

说明书

本申请是申请号为2007101194771的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及植物编码基因及其应用。具体地，涉及两个具有完整阅读框架的基因RnD6C和RnD6D，其分别来源于黑茶藨子(Ribes nigrum L.)的两段DNA序列，以及以此为基础克隆的两个具有完整阅读框架的基因序列。本发明还涉及该基因所编码具有Δ⁶脂肪酸脱氢酶功能的多肽，以及含有该DNA序列的低等真核细胞表达载体和植物表达载体、宿主细胞以及利用该基因分别转化低等真核生物和植物生产GLA和SDA的应用。

背景技术

多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids，PUFAs)是指含有两个或两个以上双键且碳链长为18～22个碳原子的直链脂肪酸，主要包括亚油酸(linoleic acid，LA，18:2Δ^9，12)、γ-亚麻酸(γ-linolenic acid，GLA，18:3，Δ^6，9，12)、花生四烯酸(Arachidonic Acid，AA，20:4Δ^{5，8，11，14}、二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid，EPA，20:5Δ^{5，8，11，14，17})、二十二碳六烯酸(Decosahexaenoic Acid，DHA，20:5Δ^{4，7，10，11，16，19})等。其中，亚油酸及亚麻酸被公认为人体必需脂肪酸(Essential fatty acids，EFA)，可进一步衍化成具有不同功能的高度不饱和脂肪酸，如AA、EPA、DHA等。

PUFAs具有非常重要的生理功能。第一，PUFAs在心血管运动、大脑、视网膜和神经组织发育等生理功能中发挥重要作用。第二，DHA和EPA具有较好的抗癌作用，如可以预防(尤其是绝经后妇女)乳腺癌的发生。第三，花生四烯酸、EPA和DHA等多不饱和脂肪酸在免疫调节中发挥了重要的作用。第四，多不饱和脂肪酸还能具有防止皮肤老化、延缓衰老、促进毛发生长等作用。

在脂肪酸代谢过程中，Δ⁶脂肪酸脱氢酶(Δ⁶-fatty acid desaturase，D6D)分别催化底物亚油酸(LA)和α-亚麻酸(ALA)的第6位碳原子 脱氢形成γ-亚麻酸(GLA)[1]和十八碳四烯酸(Stearidonic acid，SDA，18:4Δ^{6，9，12，15})。

γ-亚麻酸又可通过碳链延长和脱氢作用进一步形成AA、前列腺素和白三烯类生理活性物质，这些产物在人的大脑发育、视觉、过敏反应及心血管运动等一系列生理功能中产生重要影响。作为人体的一种必需的不饱和脂肪酸，γ-亚麻酸具有降血脂、抗脂质过氧化、减肥、抑制溃疡、增强胰岛素、抗血栓性心血管疾病等一系列生物学功能[1，2]，目前国际上已作为一种新的维生素-维生素F被研究利用[3]。SDA是EPA和DHA的代谢前体，在人体内很容易转化为EPA和DHA，利用效率是ALA的4倍，可以有效缓解与EPA和DHA缺乏有关的生理疾病。当然通过直接补充EPA或DHA也可以获得同样效果。

然而，PUFAs的现行商业来源主要是特定的种子植物、海洋鱼类和一些动物组织。除了LA以外，现有的来源在总产量和质量两个方面都不能满足日益增长的PUFAs的市场需求。这主要是基于下面的一些原因：

(1)PUFAs的植物资源受到季节和地域限制，PUFAs产量和质量的不稳定；而且植物资源大都产量低、不适合大面积种植。例如：含有γ-亚麻酸的月见草、琉璃苣和黑茶藨子等植物产量仅300～600kg/ha，远远低于常规油料作物如油菜的3t/ha的产量[4]。

(2)有限的天然海洋渔业资源由于过度捕捞造成渔业资源缺乏，而且鱼油固有的鱼腥味和氧化不稳定性，限制了PUFAs的进一步利用；

(3)由于需对低品质的油进行提炼，大大增加了PUFAs的生产成本。由此造成了纯品PUFAs的高昂市场价格，阻碍了其许多潜在的用途。

鉴于PUFAs的供应量很快将不能满足其需求量及其应用于生物药品所需纯品PUFAs供应量的不足，因此有必要寻求商业化生产的可替代性来源。