[發(fā)明專利]尿苷二磷酸葡萄糖醛酸異構(gòu)酶及其編碼基因與應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910204297.2
• 申請(qǐng)日: 2009-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101698838A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱玉賢;龐朝友;逄宇;王慧;靳翔;秦詠梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N9/90
• 分類號(hào): C12N9/90;C12N15/61;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/00;C12P19/30;C12N15/82
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;任鳳華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及尿苷二磷酸葡萄糖醛酸異構(gòu)酶及其編碼基因與應(yīng)用。

背景技術(shù)

棉花纖維是從胚珠外表皮細(xì)胞分化而來(lái)的單細(xì)胞結(jié)構(gòu)。棉花纖維是紡織工業(yè)的 重要原料，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。纖維質(zhì)量決定其最終的長(zhǎng)度與強(qiáng)度。同時(shí)，棉纖 維細(xì)胞也是研究細(xì)胞伸長(zhǎng)、分化和細(xì)胞壁合成等重要生物學(xué)現(xiàn)象的理想系統(tǒng)。所以 研究纖維伸長(zhǎng)有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論意義。

棉花纖維細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程是細(xì)胞超常伸長(zhǎng)和細(xì)胞壁超常加厚的過(guò)程。陸地棉長(zhǎng) 度約為3.0cm左右，陸地棉細(xì)胞壁直徑為11-22μm，也就是說(shuō)長(zhǎng)寬比為1000-3000。 棉花纖維細(xì)胞的形成一般可以分為四個(gè)相互有重疊的時(shí)期：纖維起始，細(xì)胞伸長(zhǎng)(初 生壁形成)、次生壁沉積和成熟期。

細(xì)胞壁是植物區(qū)別與動(dòng)物的主要器官之一。初生細(xì)胞壁主要由纖維素、果膠、 半纖維素等多糖組成。一些特殊細(xì)胞，如棉花纖維、木質(zhì)部和厚壁組織細(xì)胞，會(huì)在 停止生長(zhǎng)之后繼續(xù)在初生壁內(nèi)部淀積次生細(xì)胞壁，主要有纖維素、半纖維素和少量 木質(zhì)素組成。細(xì)胞壁的沉積與改變對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育以及對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)都有 重要的作用。它最終決定了細(xì)胞的大小與形狀。

植物細(xì)胞壁果膠主要由三類多糖混合而成：同聚半乳糖醛酸(HGA)、聚鼠李 半乳糖醛酸I(RGI)和聚鼠李半乳糖醛酸II(RGII)。同聚半乳糖醛酸是半乳糖 醛酸的同聚物。聚鼠李半乳糖醛酸I是重復(fù)的鼠李糖和半乳糖醛酸二糖單元組成的 異聚體，其中鼠李糖殘基還連有阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖。聚鼠李 半乳糖醛酸II是經(jīng)過(guò)修飾的同聚半乳糖醛酸，是連接結(jié)構(gòu)多樣化的多糖，它在細(xì)胞 壁中的含量很低。

植物細(xì)胞壁豐富的多糖是由尿苷二磷酸葡萄糖經(jīng)一系列的轉(zhuǎn)化成各種核苷糖， 再經(jīng)糖基轉(zhuǎn)移酶合成的，半乳糖醛酸是組成果膠多糖的主要糖單元。尿苷二磷酸半 乳糖醛酸(UDP-galacturonic?acid，UDP-GalA)是合成含半乳糖醛酸多糖的活化前 體。UDP-GalA是在尿苷二磷酸葡萄糖醛酸異構(gòu)酶(UDP-D-glucuronic?acid 4-epimerase，GAE)的催化下由尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDP-GlcA)異構(gòu)而成的。 GAE是一種可逆酶，也可催化由UDP-GalA到UDP-GlcA的轉(zhuǎn)換。

2002年，Tokumoto等研究發(fā)現(xiàn)，在纖維伸長(zhǎng)期，細(xì)胞壁基質(zhì)多糖(主要是果 膠與半纖維素)占細(xì)胞壁糖總量的30-50％，而到次生壁加厚期，該比重迅速下降到 3％。1999年，Chanliaud和Gidley等證實(shí)，果膠多糖可以通過(guò)參與纖維素的淀積 而影響細(xì)胞壁的性質(zhì)。同年，Wen等發(fā)現(xiàn)，抑制果膠甲酯酶的表達(dá)可以改變豌豆根 部細(xì)胞的性狀，從而使根變短。2003年，Jones等使用阿拉伯聚糖酶水解果膠RGI， 使離體鴨跖草葉片氣孔的開(kāi)閉功能失去。2006年，Moore等研究Myrothamnus flabellifolius(經(jīng)過(guò)數(shù)次長(zhǎng)期干旱失水依然能遇水復(fù)活)的葉子細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)， 富含阿拉伯聚糖的細(xì)胞壁多糖的存在賦予其多次失水和水化的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。以上研究 均表明，果膠多糖對(duì)細(xì)胞的伸長(zhǎng)和細(xì)胞壁的靈活性非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種尿苷二磷酸葡萄糖醛酸異構(gòu)酶及其編碼基因與應(yīng)用。

本發(fā)明所提供的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸異構(gòu)酶，是與尿苷二磷酸半乳糖醛酸合 成相關(guān)的蛋白，該蛋白命名為GhGAE1，是如下a)或b)的蛋白：

a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；

b)在序列表中序列2的氨基酸序列經(jīng)過(guò)取代和/或缺失和/或添加一個(gè)或幾個(gè)氨 基酸且與尿苷二磷酸半乳糖醛酸合成相關(guān)由a)衍生的蛋白質(zhì)。

其中，序列表中序列2由431個(gè)氨基酸殘基組成。

上述b)的氨基酸序列如序列2的第22-431位所示。

為了使a)的GhGAE1蛋白質(zhì)便于純化，可在由序列表中序列2所示的氨基 酸序列組成的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表1所示的標(biāo)簽。

表1.標(biāo)簽的序列