[發(fā)明專利]一種鵝掌楸纖維素合酶基因LcCESA1及其表達(dá)蛋白和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711258288.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN107739738B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳金慧;金磊磊;施季森;鐘山;成鐵龍;楊立明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N15/54
• 分類號(hào): C12N15/54;C12N9/10;A01H5/00;A01H5/12;A01H6/20
• 代理公司: 32274 南京申云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 邱興天

本發(fā)明公開了一種鵝掌楸纖維素合酶基因LcCESA1及其表達(dá)蛋白和應(yīng)用，LcCESA1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；其表達(dá)蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。本發(fā)明以模式植物擬南芥為研究對(duì)象，將克隆得到的中國鵝掌楸纖維素合酶基因LcCESA1利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化至擬南芥中，通過篩選與培育，最終獲得T3代純合轉(zhuǎn)基因植株；通過觀察野生型擬南芥與轉(zhuǎn)基因擬南芥的顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因擬南芥的莖段維管束組織細(xì)胞細(xì)胞壁和葉片組織細(xì)胞細(xì)胞壁的厚度，均與野生型擬南芥存在差異，可見LcCESA1基因?qū)M南芥莖段維管束組織細(xì)胞細(xì)胞壁和葉片組織細(xì)胞細(xì)胞壁均有影響，可促進(jìn)纖維素的積累，將具有廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物基因技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種鵝掌楸纖維素合酶基因LcCESA1及其表達(dá)蛋白和應(yīng)用。

背景技術(shù)

植物中的纖維素由多聚蛋白復(fù)合物合成，其由質(zhì)膜中的六聚體，類似玫瑰花結(jié)構(gòu)組成。每個(gè)六聚體組分的單個(gè)單元稱為纖維素合酶A（cellulose synthase-A，CESA），其中字母A代表催化亞基。纖維素分子的基本結(jié)構(gòu)單位是吡喃式D-葡萄糖，是由β-1,4糖苷鍵連接而成的高分子聚合物，并通過分子內(nèi)氫鍵使其形成一種類螺旋狀的結(jié)構(gòu)。其葡萄糖殘基約為2000-25000個(gè)。細(xì)胞中的高爾基體中產(chǎn)生半纖維素和果膠前體低聚物，然后通過胞吐分泌到質(zhì)膜而在質(zhì)膜上合成纖維素。植物體中的纖維素以小纖維形式存在，由36個(gè)糖苷鏈組成。植物細(xì)胞壁中多糖的結(jié)構(gòu)、糖基組成、糖基間的連接鍵及糖基的修飾作用等已研究的較為清楚，但對(duì)涉及多糖合成的酶與多糖聚合還知之甚少。由單糖聚合成多糖涉及大量的糖苷轉(zhuǎn)移（glycosyltransferase）反應(yīng)。雖然多糖構(gòu)成細(xì)胞壁的絕大部分，但細(xì)胞壁上也含有許多蛋白質(zhì)。位于植物細(xì)胞壁的相對(duì)明確定義的蛋白質(zhì)組是結(jié)構(gòu)糖蛋白，例如富脯氨酸糖蛋白（HRGP），富含脯氨酸蛋白（PRPs），富含甘氨酸蛋白（GRP）和阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGP）。這些蛋白質(zhì)的功能尚不清楚。然而，蛋白質(zhì)的聚糖部分很可能與細(xì)胞壁多糖形成氫鍵和鹽橋，從而為細(xì)胞壁提供機(jī)械強(qiáng)度以支撐起細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人類對(duì)植物纖維的需求激增，而過度利用自然界的植物纖維資源將對(duì)人類生存造成極大的破壞。植物纖維素生物合成機(jī)制的研究對(duì)材質(zhì)改良，木材定向培育以及農(nóng)業(yè)、造紙等化工業(yè)都十分重要。而纖維素主要由纖維素合酶來合成，所以對(duì)植物纖維素合酶基因及其蛋白的研究顯得更有價(jià)值。要掌握纖維素合成酶基因的調(diào)控也顯得格外重要。近年來，隨著基因組學(xué)研究的進(jìn)展，植物纖維素合酶的研究取得了很大的進(jìn)展。

在自然界中，許多生物可以合成纖維素。除植物以外，一些細(xì)菌、真菌與少量的低等動(dòng)物也可以合成纖維素，但它們的基因之間的相似性較低。纖維素合酶基因首先是在木醋桿菌( Acetobacter xylinum) 中發(fā)現(xiàn)的。1996年，研究人員首次在棉花基因中克隆出纖維素合酶基因，之后研究者們從40多種植物中克隆了1400多個(gè)相關(guān)的序列，包括擬南芥、玉米、大麥、楊樹、松、水稻、細(xì)葉桉、紫花苜蓿等。纖維素合酶是一個(gè)龐大的基因家族，家族內(nèi)的每個(gè)酶彼此相關(guān)，協(xié)同作用。同時(shí)，利用突變體研究已經(jīng)了解到CESA在纖維素合成中的作用及表達(dá)調(diào)控。此外，在植物中還存在大量的纖維素合成酶相似蛋白。研究表明，纖維素生物合成是纖維素合成基因、非纖維素多糖合成基因以及結(jié)構(gòu)蛋白與非結(jié)構(gòu)蛋白基因等在細(xì)胞發(fā)育信號(hào)調(diào)控下進(jìn)行協(xié)同表達(dá)、相互作用的過程。