[發明專利]具有降低的木聚糖含量的轉基因樹

在審

• 申請號: 201480058008.1
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN105658798A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 埃瓦·J·梅萊羅維奇;萊夫·瓊森;克里斯蒂娜·拉特克;芭芭拉·捷列比涅茨;尚德拉·維內斯特蘭德
• 申請（專利權）人: 瑞典樹木科技公司
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;A01H1/00;A01H5/00;C12N9/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 鄭斌;彭鯤鵬

技術領域

本發明涉及改善樹特性的領域。具體地，本發明涉及下調木聚糖生物合成機構中 的糖基轉移酶43基因，同時增強生長特性、改善糖化特性和機械特性的方法。本發明還涉及 所使用的表達載體、轉基因樹和木材。這樣的樹和木材可用于植樹造林和生物能源用途。

背景技術

作為可再生生物燃料的豐富原材料，木材是優良的能源。高等植物的細胞壁包含 多糖，例如纖維素、半纖維素、果膠和多酚化合物如木質素(lignin)。所有這些細胞壁組分 構成木素纖維素生物質(lignocellulosic)，其為能量的豐富來源。

木聚糖是硬木(hardwood)中的主要半纖維素，構成木質生物質的約20％。對于一 個物種，硬木中木聚糖主鏈的長度通常在窄長度范圍內，但是可以根據分離工藝變化。殘基 的數目在50和250之間變化。據推測，硬木中木聚糖的長度被嚴格控制。

木聚糖由大量糖基轉移酶(GT)在高爾基體中合成并且在小泡內轉運至質膜，在那 里它們被整合到細胞壁中并與其他壁組分交聯。在楊屬(Populus)中，糖基轉移酶屬于基因 家族GT8、GT43和GT47。它們是木聚糖主鏈的起始、延伸和終止所需的。

自從在擬南芥屬(Arabidopsis)中發現參與木聚糖生物合成的第一個基因以來， 木聚糖的生物合成便成為深入研究的領域。

毛果楊(Populustrichocarpa)GT43組包括被稱作GT43A至GT43G的7種基因。核酸 序列示為SEQIDNO：1至7；并且相應的氨基酸序列示為SEQIDNO：8至14。對毛果楊、擬南 芥(Arabidopsisthaliana)和水稻(Oryzasativa)的比較性序列分析表明GT43基因形成 三個不同的進化枝，它們在三個相異的屬中是保守的，見圖1。擬南芥核酸序列在序列表中 示為：SEQIDNO：15(AtlRX9，進化枝I)、SEQIDNO：16(AtlRX9-L，進化枝II)、SEQIDNO： 17(AtlRX14，進化枝III)和SEQIDNO：18(AtlRX14-L，進化枝III)。相應的氨基酸序列分別 示為SEQIDNO：19至22。

低等維管植物和云杉僅有進化枝II和進化枝III兩個進化枝。

研究已顯示，進化枝I或II的成員以及進化枝III的成員為木聚糖木糖基轉移酶活 性所需。這被最近的研究(Lee等(2012)PlantSignaling&Behavior7：1-6)所支持，其表明 兩種楊樹糖基轉移酶PtrGT43B和PtrGT43C參與木聚糖生物合成。他們的發現表明，在木聚 糖主鏈生物合成期間，楊屬GT43成員協同作用以催化木糖基殘基的連續轉移。這進一步支 持以下假說：GT43基因家族成員的生化功能在維管植物中是進化保守的。

已經發現楊屬GT43成員參與木聚糖主鏈的延伸。GT43A和GT43B在木材形成期間被 高度表達，特別是在正在進行次生細胞壁增厚的細胞中表達。

已經通過RNAi降低了轉基因的楊屬中楊屬GT43B基因的表達(Lee等(2011) Mol.Plant4：730-747)。這種降低的表達導致這些楊屬轉錄物降低至WT水平的2％-15％。 結果，形成在纖維和脈管中具有薄細胞壁和不規則木質部表型(萎縮的脈管)的異常木質 部。

此外，這些株系(line)中木糖含量降低至WT木糖含量的50％至80％。S-木質素和 G-木質素的含量也降低。

戊糖(如木聚糖)被視為差的發酵底物，因此木聚糖含量的降低在發酵應用中是有 益的。然而，具有降低的木聚糖含量的植物矮小，和/或產生具有萎縮的和薄的細胞壁的木 質部。這樣的植物也是瘦弱的并且具有脆弱的莖。