[发明专利]棉花尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因UGD6、其编码蛋白及应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及棉花尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因、其编码蛋白及应用。

背景技术

棉纤维是已知纤维素纯度最高的天然资源之一。棉纤维品质主要包括纤维长度、强度、马克隆值等性状，这些性状主要受本身基因型控制。我国棉纤维存在内在品质相对较差，纤维强度比美棉低等问题。因此，开展棉纤维发育的分子生物学及相关基因表达调控的研究，对于利用基因工程改良棉花纤维品质具有重要意义。

棉花纤维实质上是种皮毛，由位于子房内的胚珠外被上的表皮细胞发育分化而成。从形态上讲，棉花纤维细胞的发育过程是细胞超常伸长和细胞壁超常加厚的过程。棉花纤维细胞的形成一般可以分为四个相互有重叠的时期：纤维原始细胞分化突起、伸长期、次生壁加厚期、脱水成熟期。伸长期和次生壁加厚期是棉纤维品质形成的关键时期。初生细胞壁的合成是细胞伸长期的重要活动之一，与纤维长度直接相关。在伸长期结束之前，纤维细胞开始次生细胞壁的合成，主要是纤维素的淀积，纤维细胞次生壁的加厚决定纤维强力。

棉纤维细胞壁主要包括纤维素和木葡聚糖、木聚糖、果胶多糖等非纤维素成分。纤维素含量约占次生壁干重的95%；非纤维素物质则构成初生壁的主要成分。尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）是纤维素合成的底物，UDP-Glc在纤维素合酶作用下合成纤维素。非纤维素多糖由不同的单糖聚合而成，只有当它们被激活形成核苷糖后，才能作为非纤维素多糖合成的底物。核苷糖的合成由一整套酶来完成，研究发现几乎所有的核苷糖都是以UDP-Glc和GDP-Man（鸟苷二磷酸甘露糖）为前体经过相关代谢酶催化合成的，因此，核苷糖转换相关的酶对棉纤维细胞壁纤维素和非纤维素的合成发挥着重要作用。

尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDP-GlcA）是许多核苷糖合成中的关键前体物，据推测，大约50%的细胞壁物质来源于前体UDP-GlcA，它是尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶（UDP-glucose dehydrogenase，UGD）催化UDP-Glc形成的产物。因此，尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶是形成非纤维素多糖和果胶的关键酶。在植物上已有多篇有关UGD基因的克隆报道。UGD基因首先在大豆中克隆出来，随后，在拟南芥、甘蔗、玉米中分别克隆出此基因。研究表明，UGD在不同的物种和组织中，其表达水平有较大差异。在杨树中UGD主要在幼叶和未成熟的木质部中表达，在成熟韧皮部中几乎无表达。然而在拟南芥幼苗中主要在根部表达，而成熟的植株中主要在维管系统中表达。苎麻UGD主要在茎中表达，其次在韧皮部和叶中，根中表达最少。大豆UGD在主根尖和侧根中有高量表达，在主根、成熟叶中则只有微量表达。说明UGD在幼嫩的组织有非常高的表达，而在植物成熟组织中表达量很少，这说明此酶在形成细胞壁纤维素和半纤维素前体物的过程中起着非常重要的作用，UGD的表达将对细胞壁纤维素和非纤维素多糖含量产生影响，并进而影响到纤维素微纤丝和非纤维素交联。综上所述，UGD基因对于揭示棉纤维品质形成的内在机理有重要意义，在纤维品质遗传改良中具有良好的应用前景。UGD在棉纤维合成过程中起着重要作用，但至今在棉花中仍无深入研究。

发明内容

本发明目的是提供一种棉花尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因（UGD6）及其编码蛋白，以用于提高棉纤维品质。

本发明另一目的是提供含有上述基因的载体。

本发明又一目的是提供含有上述基因或载体的宿主细胞。

本发明再一目的是提供棉花尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶或棉花UGD6基因在提高棉纤维品质中的应用。

本发明所述棉花UGD6基因编码的蛋白，具有SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列或该序列经替换一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。

本发明所述棉花UGD6基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，全长1912bp，ORF长1443bp，5’UTR长168bp，3’UTR长301bp。

具体地，本发明基于拟南芥四条尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶（At1g26570,AT3g29360,At5g15490和At5g39320）的编码序列，利用BLASTN在美国国立生物技术信息中心网站（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）棉花的表达序列标签数据库中搜索相似性较高的EST序列，结合电子拼接、RT-PCR以及RACE技术克隆得到棉花尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因，命名为UGD6。