[发明专利]提高小球藻中总油脂、亚油酸或α-亚麻酸的含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物编码基因在小球藻中的应用。具体地，涉及将一个来源于大豆(Glycine max)的具有完整阅读框架的基因GmDof4构建成小球藻表达载体，并转入小球藻，使小球藻的亚油酸(LA)和α-亚麻酸(ALA)含量，及总油脂含量显著提高。

技术背景

微藻的光合作用效率高，生长周期短，单位面积年产量是粮食的几十倍乃至上百倍，而且微藻脂类含量在10％～70％，这是陆地植物远远达不到的。它具有产能大、无污染、可再生、易培养、含有较多的脂类物质等优点。它生长和繁殖在水域中，不会引起与农业、牧业用地竞争的矛盾。由于以上多方面的优势，微藻被认为是当今最有开发前途的能源之一^[1]。本发明使用的小球藻是一种单细胞真核藻类，繁殖速度快，以无性生殖方式进行繁殖，可以进行光自养培养和无光照的异养培养，可规模化生产，本实验室有成熟的培养、筛选和转化技术^[2]。

基因工程技术已被广泛应用于作物改良，并取得了许多显著的成效，而通过基因工程技术提高真核藻类总的油脂含量的研究很少有报道^[3]。Jarvis等曾将硅藻C.cryptica的acc1基因转入硅藻C.cryptica和Navicula saprophila过表达，在mRNA水平上均检测到该基因的过量表达，但两种转基因硅藻的油含量并没有显著增加，这是首次尝试利用基因工程技术提高硅藻含油量的研究，然而未达到理想结果^[4]。目前提高藻类油脂含量的最有成效的手段，是通过调控培养过程、培养条件、营养成分等手段提高藻类的油含量^[5-6]。然而在这些手段中都不可避免的产生一个问题，那就是提高含油量要以生物量的降低为代价，当生物量增加时，油脂的含量就会比较低^[7-8]。而基因工程技术有望解决这个问题。目前尚未检索到利用基因工程手段提高藻类油脂含量并且总生物量不减少的成功报道。

转录调控是许多生物学调控的关键步骤，转录因子可调控特定代谢途径中的一系列相关基因的表达，使得该代谢途径从整体水平上发生改变。Dof转录因子是植物特有的一类转录因子，因其具有一个单锌指结构，因此被称为Dof(DNAbinding with one finger)。在多种植物特异性启动子中都发现Dof蛋白结合元件，研究表明Dof转录因子在植物生长发育过程中参与多种生物学过程，如光应答和碳氮代谢、种子发育和萌发、植物激素应答、光敏色素应答和防卫反应等。大豆来源的GmDof4基因转入拟南芥后，通过调控一系列酶的活性提高了种子的油脂含量^[9]。目前尚未检索到利用大豆编码的Dof基因转化藻类并提高油脂含量的研究。

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，18:3Δ^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^{4，7，10，13，16，19})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^[10]。藻类含有丰富的多不饱和脂肪酸，主要包括亚油酸(Linoleic acid，LA，18:2Δ^9，12)、γ-亚麻酸(γ-Llinolenic Acid，GLA，18:3Δ^6，9，12)等。本发明发现GmDof4使小球藻的亚油酸(LA)和α-亚麻酸(ALA)含量，及总油脂含量显著提高。

发明内容

本发明的一个目的是提供基因GmDof4用于提高小球藻中总油脂、亚油酸或α-亚麻酸的含量的应用。