[發明專利]一種泡桐尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因及其應用

無效

• 申請號: 200810231477.5
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101434941A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 陳占寬;楊艷坤;熊治國;李榮幸;穆守義;葉金山;王軍軍;苗麗娟
• 申請（專利權）人: 河南省綠士達林業新技術研究所
• 主分類號: C12N9/14
• 分類號: C12N9/14;C12N15/55;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;A01H1/00
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司
• 代理人: 張欣棠;郭乃鳳

技術領域：

本發明公開了一種尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucosepyrophosphorylase?UGP)基因及其克隆，屬于生物工程領域，特別涉及到泡桐科(Paulowniaceae)泡桐屬(Paulownia)白花泡桐〔Paulownia.fortunei(Seem)Hemsl〕)編碼4CL基因及其應用。

背景技術：

1、關于泡桐及其泡桐木材的材質改良：

泡桐(Paulownia)為泡桐科(Paulowniaceae)泡桐屬(Paulownia)落葉喬木，原產我國，除個別種[白花泡桐〔P.fortunei(Seem)Hemsl.]分布到越南、老撾外，其他各種均為我國所特有。

泡桐是世界三大優質、速生用材樹種之一，分布范圍很廣，二十三個省、市、自治區都有。不少地區作為四旁植樹、農桐間作、林網建設的主要樹種；有些地方還逐漸向山地造林發展，栽培量很大，僅河南省栽植的泡桐就達二億株左右。泡桐生長快，如果管理得好，泡桐五六年即可成材。泡桐材質輕，紋理鮮明美觀，易干燥，易加工、不翹、不裂、不易變形、不易燃燒，絕緣性好，耐酸耐腐，防濕隔熱，導音性能好等優點，是單板與人造板生產的重要原料；特別適合制作航空、艦船模型、救生器械及樂器及家具制作等，不但用于工農業及日常生活等各個方面，而且也是我國傳統的出口物資，在我國林業生產中占有特殊地位。

但是應該看到，泡桐木材材質的另一面：輕(容重低)，強度與硬度低，嚴重限制了它在建筑、交通、家裝、家具、造紙等方面的應用范圍與應用價值。

因此，改良泡桐的材質，提高其強度與硬度，拓寬其應用范圍具有重大的應用與經濟價值。

泡桐的材質改良有兩個方向。一是提高其強度與硬度，拓寬其木材建筑、交通、家裝與家具等方面的應用；二是提高木材中纖維素的含量，降低其木質素的比率，以提高紙漿的產量、降低對環境的污染，更適用于造紙。

2、關于木材的材質改良與尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的關系：

我們知道木材的材質或特性主要是由木纖維的基本組分--纖維素、木質素單體種類、性質及其比率與總量決定的。纖維素約占木材干重的40～50％，木質素約占15～36％，二者總計占到木材總中的70％以上。

纖維素是纖維素則是木材中的骨架、韌性成分，是由葡萄糖組成的大分子多糖。木質素是由對香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇四種醇單體形成的一種復雜酚類聚合物。木質素是木材細胞間的粘合劑、剛性原料和保持性物質。UGP是纖維素生物合成的關鍵酶，催化葡萄糖-1-磷酸(Glc-1-P)生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-GLC)。尿苷二磷酸葡萄糖是纖維素生物合成的基本原料與前體。UGP的活性決定著木材中纖維素含量及其與木質素的與比率。

木質素生物合涉及苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine?ammonialyase?PAL)、4-香豆酸CoA連接酶(4-coumarate：CoA?ligase?4CL)、肉桂酸CoA還原酶(cinnamoyl-CoA?reductase?CCR)等多個基因。這些基因分處在木質素生物合成的源頭、中、下游不同位置，且功能、作用不同。這些基因的任何一種，都不能缺失、不能替代；任一種基因的失常都將影響木質素的合成，導致材質的變化，且影響的范圍、形式與結果不同。

木材材質改良的實質，就是通過改變纖維素、木質素生物合成關鍵酶基因，調控纖維素、木質素單體種類、性質及其比率與總量。在此，應該特別指出，纖維素、木質素既是木材細胞壁的功能成份，同時又是其主要的結構物質，二者總量占到干重的70％以上，且均直接或間接來源于光合作用生產的光合產物。這就決定了在植物正常生長、光合產物穩定的情況下，UGP與木質素生物合成的任一種關鍵酶基因表達的上調或下調，不僅影響纖維素(或木質素)的含量而且也強烈影響著木質素(或纖維素)的含量與比率。

增強UGP基因的表達，提高UGP酶的活性，可以提高纖維素在木材中的比率，用于造紙則可提高紙漿的產量，降低木質素對環境的污染。反之，沉默或抑制UGP基因，可以降低纖維素在木材中的含量，提高木質素的比率，提高其強度與硬度，擴大木材的應用范圍與經濟價值。

發明內容：