[發明專利]來自真核生物細胞器的電子傳遞鏈模塊及其應用

有效

• 申請號: 201780082111.3
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN110121503B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 楊建國;謝夏青;楊明軒;迪克森·瑞;王憶平
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N9/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張曉飛;易方方

本發明提供了一種來自于真核生物細胞器的電子傳遞鏈模塊及其在生物固氮中的應用，其中所述的電子傳遞鏈(electron transport chain，ETC)模塊由來自于產酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)的NifJ蛋白與來自植物葉綠體或白體鐵氧還蛋白(Ferredoxin)組成；由植物型的Ferredoxin?NADPH氧化還原酶(Ferredoxin?NADPH reductase，FNR)與來自魚腥藻(Anabaena)的FdxH或FdxB蛋白組成；或由來自于植物細胞器的FNR與Ferredoxin蛋白組成。

技術領域

本發明涉及來自真核生物細胞器的電子傳遞鏈(electron transport chain,ETC)模塊，以及該ETC模塊在生物固氮中的應用。

發明背景

氮是農業中限制農作物生長及產量的主要營養物之一^[1]。工業氮肥的使用可以解除這種限制，為農作物生長提供充足的氮源。但是工業氮肥的大量使用會導致環境問題，并且使用的氮肥經濟成本也比較高，這些問題在發展中國家尤其顯著^[2-3]。這些因素使得研究人員將注意力重新放到了通過工程化手段在作物中重構生物固氮酶系統，以實現農作物自己固氮，以解決氮肥使用的問題。生物固氮(Biological Nitrogen Fixation，BNF)，是通過固氮菌中的固氮酶將氣態氮轉化成氨的過程，這一過程貢獻了大氣氮循環中60％以上的氮素^[4]。固氮酶由兩種可分離的組分(固氮酶還原酶(Fe蛋白)和固氮酶(XFe蛋白，其中X為Mo，V或Fe，取決于活性位點輔因子的金屬原子組成))組成的金屬酶家族(參見圖1)^[5-6]。所有三種固氮酶催化N₂還原的過程可歸納為以下方程：N₂+(6+2n)H⁺+(6+2n)e^-→2NH₃+nH₂(n≥1)^[7-9]。在這個過程中，電子首先轉移到Fe蛋白，其繼而將電子傳遞給XFe蛋白，并伴隨著每傳遞一個電子水解兩分子的ATP^[10-11]。雖然在所有固氮酶系統中Fe蛋白均是XFe蛋白的特有的電子供體，但是Fe蛋白在固氮菌內的電子供體并不保守^[9]。對Fe蛋白的直接電子供體是還原的黃素氧還蛋白(Flavodoxin)或鐵氧還蛋白(Ferredoxin)，這主要取決于固氮生物宿主的生理性能^[13-17]。