[發明專利]與種子脂肪酸合成相關的蛋白AtL1L及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 200910238285.1
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN102070706A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 左建儒;譚河林;楊曉輝;牟金葉
• 申請（專利權）人: 中國科學院遺傳與發育生物學研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/11;C12N15/63;C12N15/82;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;C12N5/10;A01H5/00;A01H5/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及與種子脂肪酸合成相關的蛋白及其編碼基因與應用。

背景技術

植物中的脂肪酸又被稱為植物油，它廣泛存在于植物的種子中。植物油用途廣泛，運用生物技術改良植物體內脂肪酸的組分和含量具有重要的經濟價值。其中，遺傳工程技術所選用的操作基因必需是植物體內脂肪酸生物合成過程中的關鍵基因，但是目前人們對于植物脂肪酸生物合成的分子調控機制還不甚了解，因此，利用遺傳工程技術提高油料作物含油量的工作目前進展緩慢。以雙子葉模式植物擬南芥為例，植物的胚胎發生主要分為兩個階段：早期形態發生過程和晚期成熟過程。整個胚胎發育過程中伴隨著淀粉、蛋白質和脂肪酸等貯藏物質的積累。在胚胎發育早期，主要是淀粉的大量積累，在組織和器官形成以后，淀粉被轉化為蛋白質和脂肪酸。在發育的種子中，碳水化合物通過糖酵解途徑被分解成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)，PEP被運輸到質體后再轉化成丙酮酸和乙酰CoA，乙酰CoA作為底物參與脂肪酸的合成(Ruuska，S.A.，Girke，T.，Benning，C.，and?Ohlrogge，J.B.(2002).Contrapuntal?networks?of?gene?expression?during?Arabidopsis?seed?filling.Plant?Cell?14，1191-1206.)。

在種子發育過程中，質體內的脂肪酸合成酶復合物中的酶類負責脂肪酸的合成，所合成的脂肪酸被導入胞質酰基CoA庫中以維持三酯酰甘油(TAG)積累。植物種子中的TAG的生物合成是在內質網中進行的。TAG的前體是甘油-3-磷酸和脂酰CoA，合成TAG的過程共需要三種酰基轉移酶和一種磷酸水解酶，分別是甘油-3-磷酸酰基轉移酶(GPAT)，溶血磷脂酸酰基轉移酶(LPAT)，二脂酰甘油酰基轉移酶(DGAT)和磷脂磷酸水解酶(PAPase)(Ohlrogge等，1979，Proc?Natl?Acad?Sci，USA，76：1194-1198)。這三種酰基轉移酶催化甘油骨架的逐步酰基化過程。近十余年來，科學家們對利用遺傳工程技術提高植物體內，特別是種子中的脂肪酸含量進行了各種有益的探索。Shintani等在煙草中過量表達了ACCase的一個亞基-生物素羧化酶(BC亞基)，在煙草葉片中BC的表達水平提高了3倍，其它三個亞基的表達水平沒有發生明顯變化，但脂肪酸的含量和組成也沒有明顯改變(Shintani，D.，Roesler，K.，Shorrosh，B.，Savage，L.，and?Ohlrogge，J.(1997).Antisense?expression?and?overexpression?of?biotin?carboxylase?in?tobacco?leaves.Plant?Physiol?114，881-886.)。另一項研究表明，增加丙酰CoA的含量能夠提高脂肪酸的含量。Roeseler等利用種子特異性表達啟動子在油菜中過量表達擬南芥中的HO-ACCase基因，結果使ACCase的活性明顯提高，種子中的含油量提高3-5％(Roesler，K.，Shintani，D.，Savage，L.，Boddupalli，S.，and?Ohlrogge，J.(1997).Targeting?of?the?Arabidopsis?homomeric?acetyl-coenzyme?A?carboxylase?to?plastids?of?rapeseeds.Plant?Physiol?113，75-81.)。Roeseler等的研究結果表明，丙酰CoA水平能夠提高脂肪酸的含量，但提高幅度較小。Dechesh等將菠菜的KASIII基因在煙草中過量表達，結果使KASIII的酶活性提高了100-300倍，但脂肪酸的含量卻降低了5-10％(Dehesh等，2001，Plant?Physiol.，125：1103-1114)。上述研究結果表明，植物體內的脂肪酸代謝是一個復雜和高度協調的過程，通過對脂肪酸代謝途徑中的個別或單個基因進行遺傳操作并不能夠有效地改變脂肪酸的含量。因此，Girke等人預言在脂肪酸的代謝過程中，很可能存在一種蛋白激酶或其它調控因子(例如轉錄因子)在起調控作用(Girke，T.，Todd，J.，Ruuska，S.，White，J.，Benning，C.，and?Ohlrogge，J.(2000).Microarray?analysis?of?developing?Arabidopsis?seeds.Plant?Physiol?124，1570-1581.)。