[發明專利]植物SNF1相關蛋白激酶基因

無效

• 申請號: 201080025814.0
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN102458098A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 鄭志富;T.格里尼
• 申請（專利權）人: 陶氏益農公司
• 主分類號: A01H5/00
• 分類號: A01H5/00;C12N15/54;C12N15/82
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 封新琴

優先權要求

本申請要求2009年4月10日提交的美國臨時專利申請流水號61/168,532的關于“PLANT?SNF1-RELATED?PROTEIN?GENE(植物SNF1-相關蛋白基因)”的提交日的權益。

技術領域

一般而言，本發明涉及可用于遺傳操作植物特征的植物基因。更具體而言，本發明涉及可用于例如在商業或作物植物中改變植物水損失和植物干旱耐受性、蔗糖含量、淀粉含量、種子油含量、脂肪酸合成、種子油酰基組成、種子大小/重量、對生物應激的抗性/耐受性、增加的生物量、和/或向其它種子組分的碳流量的Snf1相關蛋白激酶(SnRK)基因的鑒定、分離和導入。

發明背景

大量證據表明Snf1相關蛋白激酶在酵母和哺乳動物細胞中充當響應營養和環境應激而調節基礎代謝途徑的重要調節物(Hardie，2007；Hardie和Carling，1997；Hedbacker和Carlson，2008)。在酵母釀酒酵母(Saccharomyces?cerevisiae)中，蔗糖非發酵激酶Snf1是葡萄糖阻抑性基因轉錄的去阻抑所需要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。它還牽涉糖異生、糖原積累、線粒體和過氧化物酶體生物發生、和孢子形成。酵母Snf1的哺乳動物直向同源物是腺苷一磷酸(AMP)激活的蛋白質激酶(AMPK)。

在耗盡ATP的細胞應激響應后，AMPK被激活，并且如此磷酸化并抑制牽涉膽固醇和脂肪酸生物合成的酶。充分證明的是，AMPK可以失活3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA(HMG?CoA)還原酶(膽固醇和其它類異戊二烯化合物合成中的一種關鍵的調節酶)、乙酰CoA羧化酶(ACC)(丙二酰CoA合成中的限速酶)、及激素敏感性脂酶。同時，AMPK觸發脂肪酸分解代謝途徑以促進ATP生成。例如，AMPK磷酸化并激活丙二酰-CoA脫羧酶(MCD)，即一種牽涉丙二酰CoA降解的酶。最近，還已經在哺乳動物細胞中提出了AMPK在失活甘油-3-磷酸酰基轉移酶中的作用。因此，AMPK具有調節甘油三酯和膽固醇酯合成和分解的潛力。

擬南芥(Arabidopsis?thaliana)和稻基因組的完整序列的生物信息學研究揭示了，在植物中，存在著與來自酵母的經典的Snf1型激酶有關的一大組激酶。在擬南芥屬(Arabidopsis)中，Snf1相關激酶(SnRK)存在于所有5條染色體上，并由38名成員組成。依照序列相似性，這些激酶可以分成三個亞組：SnRK1(3名成員)、SnRK2(10名成員)和SnRK3(25名成員)(E.M.Hrabak等，Plant?Physiol.2003，132，666-680)。單獨激酶的結構由激酶域和調節域組成。雖然這些激酶在N端的激酶催化域中顯示相對較高的相似性，但是其在C端的調節域是高度趨異的，認為這在蛋白質-蛋白質相互作用中發揮功能或者調節激酶活性(E.M.Hrabak等，Plant?Physiol.2003，132，666-680)。這強調了每種激酶的復雜功能性。

基于序列相似性的SnRK1激酶是酵母Snf1激酶和哺乳動物AMPK最接近的同源物。它們已經從多種物種，包括黑麥、擬南芥屬、煙草、大麥、稻、甜菜和馬鈴薯分離。黑麥和煙草基因可以補足酵母中的Snf1突變的發現預測出植物SnRK1基因與Snf1的功能相似性。因而，已經提出了植物SnRK1在糖代謝中的作用。SnRK1在馬鈴薯中的反義表達導致蔗糖合酶的糖誘導型表達的喪失(Purcell等，Plant?Journal?1998，14：195-202)。用這些反義品系進行的其它工作指示SnRK1激酶經由調節ADP葡萄糖焦磷酸化酶的翻譯后修飾(即淀粉生物合成中一個關鍵調節步驟)來影響碳流動的潛在作用(Tiessen等，Plant?Journal?2003，35：490-500)。其它支持性證據來自如下的發現，即SnRK1在大麥中的反義表達導致花粉粒中很少或沒有淀粉積累，引起雄性不育(Y.Zheng等，Plant?Journal?2001，28：431-441)。