[發(fā)明專利]棉花尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶基因UGD6、其編碼蛋白及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210245765.2
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102787105A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬峙英;韓潔;王省芬;潘玉欣;張艷;張桂寅
• 申請（專利權(quán)）人: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12N9/04
• 分類號: C12N9/04;C12N15/53;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;A01H5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛;張慶敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，特別是涉及棉花尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶基因、其編碼蛋白及應(yīng)用。

背景技術(shù)

棉纖維是已知纖維素純度最高的天然資源之一。棉纖維品質(zhì)主要包括纖維長度、強度、馬克隆值等性狀，這些性狀主要受本身基因型控制。我國棉纖維存在內(nèi)在品質(zhì)相對較差，纖維強度比美棉低等問題。因此，開展棉纖維發(fā)育的分子生物學(xué)及相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控的研究，對于利用基因工程改良棉花纖維品質(zhì)具有重要意義。

棉花纖維實質(zhì)上是種皮毛，由位于子房內(nèi)的胚珠外被上的表皮細(xì)胞發(fā)育分化而成。從形態(tài)上講，棉花纖維細(xì)胞的發(fā)育過程是細(xì)胞超常伸長和細(xì)胞壁超常加厚的過程。棉花纖維細(xì)胞的形成一般可以分為四個相互有重疊的時期：纖維原始細(xì)胞分化突起、伸長期、次生壁加厚期、脫水成熟期。伸長期和次生壁加厚期是棉纖維品質(zhì)形成的關(guān)鍵時期。初生細(xì)胞壁的合成是細(xì)胞伸長期的重要活動之一，與纖維長度直接相關(guān)。在伸長期結(jié)束之前，纖維細(xì)胞開始次生細(xì)胞壁的合成，主要是纖維素的淀積，纖維細(xì)胞次生壁的加厚決定纖維強力。

棉纖維細(xì)胞壁主要包括纖維素和木葡聚糖、木聚糖、果膠多糖等非纖維素成分。纖維素含量約占次生壁干重的95%；非纖維素物質(zhì)則構(gòu)成初生壁的主要成分。尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）是纖維素合成的底物，UDP-Glc在纖維素合酶作用下合成纖維素。非纖維素多糖由不同的單糖聚合而成，只有當(dāng)它們被激活形成核苷糖后，才能作為非纖維素多糖合成的底物。核苷糖的合成由一整套酶來完成，研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有的核苷糖都是以UDP-Glc和GDP-Man（鳥苷二磷酸甘露糖）為前體經(jīng)過相關(guān)代謝酶催化合成的，因此，核苷糖轉(zhuǎn)換相關(guān)的酶對棉纖維細(xì)胞壁纖維素和非纖維素的合成發(fā)揮著重要作用。

尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDP-GlcA）是許多核苷糖合成中的關(guān)鍵前體物，據(jù)推測，大約50%的細(xì)胞壁物質(zhì)來源于前體UDP-GlcA，它是尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶（UDP-glucose?dehydrogenase，UGD）催化UDP-Glc形成的產(chǎn)物。因此，尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶是形成非纖維素多糖和果膠的關(guān)鍵酶。在植物上已有多篇有關(guān)UGD基因的克隆報道。UGD基因首先在大豆中克隆出來，隨后，在擬南芥、甘蔗、玉米中分別克隆出此基因。研究表明，UGD在不同的物種和組織中，其表達(dá)水平有較大差異。在楊樹中UGD主要在幼葉和未成熟的木質(zhì)部中表達(dá)，在成熟韌皮部中幾乎無表達(dá)。然而在擬南芥幼苗中主要在根部表達(dá)，而成熟的植株中主要在維管系統(tǒng)中表達(dá)。苧麻UGD主要在莖中表達(dá)，其次在韌皮部和葉中，根中表達(dá)最少。大豆UGD在主根尖和側(cè)根中有高量表達(dá)，在主根、成熟葉中則只有微量表達(dá)。說明UGD在幼嫩的組織有非常高的表達(dá)，而在植物成熟組織中表達(dá)量很少，這說明此酶在形成細(xì)胞壁纖維素和半纖維素前體物的過程中起著非常重要的作用，UGD的表達(dá)將對細(xì)胞壁纖維素和非纖維素多糖含量產(chǎn)生影響，并進(jìn)而影響到纖維素微纖絲和非纖維素交聯(lián)。綜上所述，UGD基因?qū)τ诮沂久蘩w維品質(zhì)形成的內(nèi)在機理有重要意義，在纖維品質(zhì)遺傳改良中具有良好的應(yīng)用前景。UGD在棉纖維合成過程中起著重要作用，但至今在棉花中仍無深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種棉花尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶基因（UGD6）及其編碼蛋白，以用于提高棉纖維品質(zhì)。

本發(fā)明另一目的是提供含有上述基因的載體。

本發(fā)明又一目的是提供含有上述基因或載體的宿主細(xì)胞。

本發(fā)明再一目的是提供棉花尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶或棉花UGD6基因在提高棉纖維品質(zhì)中的應(yīng)用。

本發(fā)明所述棉花UGD6基因編碼的蛋白，具有SEQ?ID?NO.2所示的氨基酸序列或該序列經(jīng)替換一個或幾個氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。

本發(fā)明所述棉花UGD6基因的核苷酸序列如SEQ?ID?No.1所示，全長1912bp，ORF長1443bp，5’UTR長168bp，3’UTR長301bp。

具體地，本發(fā)明基于擬南芥四條尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶（At1g26570,AT3g29360,At5g15490和At5g39320）的編碼序列，利用BLASTN在美國國立生物技術(shù)信息中心網(wǎng)站（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）棉花的表達(dá)序列標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫中搜索相似性較高的EST序列，結(jié)合電子拼接、RT-PCR以及RACE技術(shù)克隆得到棉花尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶基因，命名為UGD6。