[发明专利]源自低等光合真核生物的质体转运肽及其方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求第61/227,100号美国临时申请(于2009年7月21日提交)的权益。上述申请通过引用的方式而构成本文的一部分。

发明领域

本发明涉及植物的基因修饰，特别是所关注多肽至植物质体的转运。

发明背景

本发明所述质体包含其自身的基因组。然而，许多质体基因在进化过程中被转移至核基因组中。因此，形成了核编码的质体蛋白转运回该质体的机制。在这种方式下，这些核编码的质体基因的蛋白产物在细胞核内表达后被转移回该质体中。这些蛋白通过运用定位于转运蛋白N-末端的转运肽序列而得以转运。这些肽能够介导蛋白至质体上，其后往往由特定的蛋白酶水解去除。

细胞生物学的根本问题是，由细胞质核糖体合成的蛋白质向其相应细胞内定位的精确和高效的靶向作用。对于转基因高等植物而言，这是特别真实的，其转基因产物需要在合适的细胞器或隔室内产生。本发明提供了一种质体靶向肽，它能够有效地将外源性多肽转运至转基因高等植物的叶绿体中。

发明概述

本发明提供了叶绿体靶向肽的组成和方法。组成包括转运肽以及编码转运肽(即质体靶向肽或转运肽)及其变体的核苷酸序列。组成还包括由核苷酸序列所组成的DNA构建体，该核苷酸序列可编码转运肽，后者能够有效地连接至编码所关注多肽的核苷酸序列上。这些DNA构建体证实了在外源多肽向质体表达和定位方面的用途。组成还包括表达盒、载体、转化植株、转化植物细胞，以及稳定转化的植物种子，其中所关注多肽经本发明的质体靶向肽被定位至叶绿体上。

发明详细说明

低等光合真核生物包括绿藻门(绿藻类，如衣藻和杜氏藻)、红藻门(红藻)、灰色藻门(如蓝载藻)、裸藻门(如眼虫)、褐藻门、不等鞭毛类、定鞭藻类、隐藻门和甲藻门的主要谱系。低等光合真核生物中不包括蓝藻门。然而，细菌域的蓝藻门(蓝细菌，如聚球藻和集胞藻)具有光合作用的机制。因此，本文纳入了这些光合细菌作为基本的光合机制来源。低等光合真核生物的特点是含有光合作用的细胞器，该细胞器是从蓝细菌衍生发展而来的。环绕光合作用细胞器的膜的数目在低等光合真核生物的成员中各有不同。光合作用的细胞器可以是一级质体或二级(或三级)质体。

一级质体或单一质体，可在绿藻门、红藻门和灰色藻门中发现，且经鉴定具有双层结合膜。这些包含一级质体的生物被认为是蓝细菌原始内共生伙伴关系的唯一后裔(Harper和Keeling，分子生物学与进化20(10)：1730-1735(2003)。含有有机体的一级质体已被归纳为单一的超群，被称为原始色素体生物(Maruyama等，BMC进化生物学8：151(2008))。

二级(和三级)或复合质体是由三或四层膜围绕的，它们被认为是由二级内共生所派生的，其中由生物体吞噬了藻类而生成。二级和三级质体的系统进化分析表明，这些质体是由几起不同的内共生事件而衍生的，这几起事件发生在进化期间(Bhattacharya和Medlin，植物生理学116：9-15(1998))。裸藻和甲藻是有二级或复合质体的生物体的实例。参见Bhattacharya和Medlin的综述，植物生理学116：9-15(1998)。裸藻和褐藻有绿藻的二级质体，而不等鞭毛类、定鞭藻类、隐藻和甲藻则全部拥有红藻的二级内共生体(Harper和Keeling，分子生物学与进化20(10)：1730-1735(2003))。

本发明的质体靶向肽或转运肽能够有效地介导连接多肽向质体的靶向、定位或转运。质体是在植物和藻类中存在的细胞器。质体负责进行光合作用、储存诸如淀粉类产物，并负责完成诸如脂肪酸、萜类等许多种分子的合成及细胞构成模块所需的其他分子的合成。质体依据其在细胞内的作用而具有分化或再分化成几种形式的能力。未分化的前质体有可能发育成以下任何质体，包括叶绿体、色质体、白色体、淀粉形成体、耳石、油质体和蛋白质体。