[發明專利]通過改進谷物產量和品質增加谷物價值的方法

無效

• 申請號: 200980122107.0
• 申請日: 2009-06-10
• 公開（公告）號: CN102066565A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 關漢平;徐範錫;S·哈丁
• 申請（專利權）人: 巴斯夫植物科學有限公司
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 黃革生;胡志君

發明背景

發明領域

本發明涉及表達轉基因檸檬酸合酶(CS)的轉基因植物和使用方法。與同基因品系對照(isoline?control)相比較時，表達轉基因CS的轉基因植物、特別是在種子中表達或在種子中表達并進一步靶向細胞區室如質體時的轉基因植物具有更高水平的谷物產量和/或氨基酸、尤其半胱氨酸、和/或油，其中所述的同基因品系對照不含有與種子偏好的啟動子連接或還與細胞區室靶向序列有效連接的轉基因。

背景技術

禾谷植物谷粒是人和動物的最重要可再生能量來源之一。隨著世界人口增加并且可耕地有限，對食物、飼料、纖維和生物燃料的需求正在增加。增加每英畝谷物產量和增強每英畝谷物營養價值以滿足這些需求是必需的和非常寶貴的。由于超過90％的谷物粒現今用于動物飼料和乙醇生產，谷物是動物營養的最重要作物之一。黃色凹陷谷物的谷粒由60-70％淀粉、8-10％蛋白質和3-4％油組成。但是，即便含有這些有價值的飼料組分，黃色凹陷谷物不含有充分的熱量和必需氨基酸以支持大多數動物中的最佳生長和發育。因此，為彌補這些缺點，需要用其他養分補充基于黃色凹陷谷物的飼料。最常見地，黃色凹陷谷物與豆粕混合以改善飼料的氨基酸組成。不幸地，動物缺少消化豆粕中存在的非淀粉基于的多糖必需的酶，并且谷物和大豆飼料混合物產生高的糞便體積。此外，豆粕昂貴。另外，為改進熱量含量，基于谷物的動物飼料也用脂肪補充，如動物內臟和飼料級動物脂肪和植物脂肪，所述的脂肪可以包括餐館、制皂和精煉工業的副產品。使用動物下水來補充牛飼料已經停止了，因為它與有關牛海綿狀腦病和克-雅氏病有關。改善谷物產量和谷物粒的營養品質將增加每英畝價值、每英畝能量，并且改善飼料效率并減少對環境的影響和與肉生產相關的其他成本。

呼吸作用，包括三羧酸(TCA)循環，不僅提供用于合成貯藏化合物的能量，還產生用于油和氨基酸生物合成的中間體。檸檬酸合酶(CS)催化檸檬酸從草酰乙酸和乙酰CoA形成。這是TCA循環中的第一關鍵步驟，所述的TCA循環通常存在于線粒體中。CS在TCA循環和代謝中發揮重要作用。已經嘗試工程化檸檬酸合酶以改進作物生產力。US2005/0137386描述了用于獲得具有改善的養分攝取能力和有毒化合物耐受性的轉基因植物的方法，其中所述的有毒化合物存在于土壤中。de?la?Fuente等人所做的研究顯示，煙草中銅綠假單胞菌(Pseudomonas?aeruginosa)檸檬酸合酶基因的表達提高鋁耐受性(Science?276：1566-1568，1997)。Lopez等人報道了因有機酸增溶磷酸鹽的低可溶形式所致增強的磷攝取(Nature?Biotech?18：450-453，2000)。但是，這種方法似乎受環境影響，因為使用這些相同的植物以及被工程化表達檸檬酸合酶基因至更高水平的植物，另一個研究小組不能夠重復這些研究結果(Delhaize等人Plant?Physiology?125：2059-2067，2001)。

WO?2004/056968公開了通過近紅外光譜法測量時，與非轉基因對照相比較，擬南芥屬(Arabidopsis)檸檬酸合酶基因(At3g58750)的過量表達引起籽油增加多達7％。美國專利申請公開號2003/0233670和2005/0108791公開了來自苛養木桿菌(Xyllelafastidia)、大腸桿菌(E.coli)、稻、玉米和大豆的檸檬酸合酶和它們在改善轉基因植物的磷酸鹽攝取中的用途。已經報道了過量表達線粒體形式和胞質形式的檸檬酸合酶改善模型植物中的磷酸鹽攝取(Lopez-Bucio等人，2000；Kayama等人，2000)。但是，存在以下報道：煙草中銅綠假單胞菌檸檬酸合酶基因的表達與增強的檸檬酸積累或流出不相關(Plant?Physiology，2001，第125卷：2059-2067)。所述作者提出植物中的CS表達不太可能是用于增強作物的鋁耐受性和磷營養的有力和輕易可再現策略。

盡管結合的氨基酸(蛋白質組成)占據谷物種子中90-99％的總氨基酸，但是游離氨基酸占據1-10％的總氨基酸。存在進一步增加必需氨基酸含量的嚴重挑戰。一個挑戰是增加游離氨基酸濃度不總是導致總氨基酸增加，因為游離氨基酸流和摻入蛋白質可以變得有限的。再者，游離氨基酸的積累經常與不利的農藝性能如矮化生長(因而影響銷售性)相關。從營養品質角度看，理想谷粒將是具有改善含量的油、蛋白質和必需氨基酸如纈氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸和/或精氨酸的谷粒。