[发明专利]氢过氧化物裂合酶基因和植物对非生物胁迫的耐受性

说明书

联邦资助的研究与开发下作出发明的权利声明

本发明是在国家科学基金会(National Science Foundation)授与的基金号0543904的政府资助下完成的。政府对本发明拥有某些权利。

发明背景

在动物和植物界，羟脂途径协调多种生物过程以响应发育和环境刺激。羟脂途径的产物源自脂肪酸氧化，并被称作羟脂。在植物中，这些化合物主要源自α-亚麻酸(α-LeA：18:3)和亚油酸(LA：18:2)的氧化。

通过脂肪酶对复合膜脂的作用启动羟脂的生物合成从而释放未酯化脂肪酸。随后，脂肪氧合酶(亚油酸氧氧化还原酶，LOX)将分子氧引入18:2与18:3的9或13位，使之转化成相应的9-或13-氢过氧脂肪酸[9/13-氢过氧十八碳三烯酸(9/13-HPOT)和9/13-氢过氧十八碳二烯酸(9/13-HPOD)](Dhondt，S.等，Plant J.23：431-440，2000；Vick，B.A.，见Moore，T.S.的Lipid metabolism in plants(植物中的脂质代谢)，佛罗里达的CRC出版公司，167-191页，1993；Brash，A.R.，J.Biol.Chem.274：23679-23682，1999；Narvaez-Vasquez，J.等，Plant Cell 11：2249-2260，1999)。这些氢过氧化物成为4个主要代谢途径后续作用的底物，这些途径是：过氧酶(POX)、二乙烯基醚合酶(DES)、丙二烯氧合酶(AOS)和氢过氧化物裂合酶(HPL)途径(Feussner，I.和Wasternack，C.，Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.53：275-297，2002)。认为这些途径中AOS-和HPL-分支是两个主要的关键植物胁迫响应途径。它们竞争相同底物并负责生成脂基信号转导化合物、抗菌和抗真菌化合物以及芳香化合物(Feussner，I.和Wasternack，C.，同上；Howe，G.和Schilmiller，A.L.，Curr.Opin.Plant Bio.5：230-236，2002)。13-LOX的AOS分支转化13-HPOT成茉莉酸家族化合物，其包括茉莉酸(JA)、甲基茉莉酸(MeJA)及其代谢前体，12-氧代-植物二烯酸(12OPDA)(Howe，G.和Schilmiller，A.L，同上)。

尽管拟南芥(Arabidopsis thaliana)具有一种HPL，很多植物品种具有一个以上基因编码HPL酶。例如，有报道截形苜蓿(Medicago truncatula)有两种HPL，而苜蓿和大米各有三种HPL(Noordermeer，M.A.等，Eur.J.Biochem.267：2473-2482，2000；Chehab，E.W.等，Plant Physiol.141：121-134，2006)。植物品种间基因数量的这种变化可反映该途径的差异调节以及最终反映各品种应答不同刺激的多样性。

HPL酶催化9/13-氢过氧化物的切割并产生多种代谢产物。HPL对9-HPOT/HPOD的作用引起参与果实和叶片气味与芳香的杀菌性C9醛和酮酸的升高(Vick，B.A.，见Moore，T.S.，Lipid metabolism in plants(植物的脂质代谢)，佛罗里达的CRC出版公司，167-191页，1993；Brash，A.R.，J.Biol.Chem.274：23679-23682，1999；Matsui，K.，Curr.Opin.Plant Biol.9(3)：274-280，2006；Cho，M.J.等，J.Food Prot.67：1014-1016，2004)。HPL对13-HPOT/HPOD的活性导致生成绿叶挥发物(GLV)，包括Z-3-己烯醛和正己醛，以及其分别通过醇脱氢酶(ADH)产生的相应醇以及酯(Matsui，K.，Curr.Opin.Plant Biol.9(3)：274-280，2006)。酰基转移酶(CHAT)转化Z-3-己烯醇成乙酸Z-3-己烯酯(d′Auria，J.C.等，Plant J.49：194-207，2006)。此外，Z-3-己烯醛异构化从而产生E-2-己烯醛。