[發明專利]熱穩定性淀粉合成酶基因的表達提高在熱應力下的產量

在審

• 申請號: 201480056534.4
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN105636974A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 哈羅德·N·特瑞克;艾倫·弗里茨;薩馬爾·泰路克德
• 申請（專利權）人: 堪薩斯州立大學研究基金會
• 主分類號: C07H21/04
• 分類號: C07H21/04;A01H1/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 彭雪瑞;臧建明

相關申請的交叉引用

本申請要求于2013年8月14日遞交的美國臨時專利申請No.61/865,767，名稱為熱 穩定性淀粉合成酶基因的表達提高在熱應力下的產量的優先權，其全部內容通過全文引 用的方式并入本申請中。

序列表

以下申請包含計算機可讀形式(CRF)的序列表，該序列表作為文本文件以ASCII 的格式命名為“序列表”提交，大小為133KB，創建于2014年8月12日。CRF的內容 在此通過全文引用的方式并入本申請。僅示出各核酸序列的一條鏈，但是互補鏈應理解 為與所示的鏈通過任何參考的形式包括在內。

技術領域

本發明涉及一種在熱應力條件下具有增加的耐受性和產量的遺傳修飾植物。

背景技術

淀粉合成酶(SS)，其包括可溶性淀粉合成酶(SSS)，是在植物中淀粉沉積和儲存中的 關鍵酶。在白天通過光合作用固定碳的過程中淀粉在葉片的質體中合成，其隨后在夜間被轉 移到貯藏器官。淀粉由兩種D-葡萄糖均聚物組成：直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉是通過α (1-4)連接的D-葡萄糖單體的直鏈，且通常構成淀粉的約30％。支鏈淀粉通過α(1-6)連接 的高度支鏈化的單體連接直鏈。淀粉的生物合成發生在綠色光合作用組織中的葉綠體中，以 及在非綠色組織淀粉體如胚乳中。在種子的胚乳中，支鏈淀粉的生物合成需要一系列的協調 合適的酶反應，所述酶反應涉及的酶包括ADP葡萄糖焦磷酸化酶(AGP酶)，四種不同的可 溶性淀粉合成酶(SSI-IV)，淀粉分支酶(BE)和淀粉脫支酶(DBE)，而直鏈淀粉的生物 合成僅需要AGP酶和顆粒結合淀粉合成酶(GBSS)。可能質體淀粉磷酸化酶(Phol)也對淀 粉生物合成反應中的引物形成起重要的作用。在高等植物中，AGP酶從Glc-1-P和ATP產生 ADP-Glc和焦磷酸(PPi)。淀粉合成酶通過將ADP-Glc的葡萄糖基單元轉移到葡聚糖鏈的非 還原端生成線性葡聚糖鏈。在谷類胚乳中，淀粉合成酶的一些亞型已經被確定，包括GBSS、 SSI、SSII、SSIII和SSIV。GBSS有兩種亞型，大多存在于(confinedto)貯藏組織且參與直鏈 淀粉的合成，而不同的淀粉合成酶亞型，連同一些直連淀粉，主要參與支鏈淀粉的形成。在 水稻中，在籽粒灌漿期SSIIa和SSIIIa轉錄是最多的，同時在預貯存階段發現SSIIb和SSIIIb 轉錄，這表明SSIIa和SSIIIa相對于其他的SS酶在水稻的淀粉生物合成中起到至關重要的作 用。盡管水稻僅具有一個SSI亞基，存在任何一種SSI或SSIIIa基因都可以在水稻中持 續淀粉生物合成。SSI已經顯示出比SSIIIa更高的活性，且構成總SS活性的70％。類似 的結果已經在小麥發育中的胚乳(developingendosperm)和玉米胚乳的可溶性部分中發現。 這些觀察提出SSI對淀粉生物合成是關鍵的。SSI優選合成短鏈，而支鏈淀粉合成的進一 步鏈延長通過其他SS酶進行。

小麥(TriticumaestivumL.)是約36％的世界人口的最重要的主要糧作物。在干燥的小 麥種子中，淀粉是占谷物干重75-85％的最豐富的成分。因此，谷物產量(基于每單位面積的 種子數目和單個種子重量)在很大程度上依賴于生長中的胚乳內的淀粉沉積。然而，高溫對 不同作物在籽粒灌漿期中胚乳內的淀粉沉積具有顯著的不利影響，可能通過高溫失活可溶性 淀粉合成酶。例如，溫度高于25℃顯著降低小麥胚乳中的可溶性淀粉合成酶的活性。全球40％ 的小麥總產量受到最終熱應力的影響。熱應力通常通過降低產量和品質影響小麥產量。因此， 本領域有提高各種植物包括小麥對熱應力的耐受性的需要。

發明內容

本發明廣義地涉及與對照植物相比具有對熱應力增加的耐受性的遺傳修飾植物。所述遺 傳修飾植物包含編碼具有淀粉合成酶活性的熱穩定性蛋白的外源核酸。

還提供了提高植物對熱應力耐受性的方法。所述方法包括通過用編碼具有淀粉合成酶活 性的熱穩定性蛋白的外源核酸轉化植物以產生轉化的植物，由此提高轉化的植物對熱應力耐 受性。