[发明专利]海藻糖－6－磷酸合酶调节植物生长的用途

说明书

本发明涉及植物II类海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。更具体地，本发明涉及包含合酶样和磷酸酶样部分的II类海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。优选地，下调II类海藻糖-6-磷酸合酶的活性以获得增加的植物生物量产量。

海藻糖是一种广泛分布的二糖，存在于细菌、真菌、昆虫和植物中。在微生物中，海藻糖累积通常与胁迫抗性有关，不仅仅与干燥和渗透胁迫抗性有关。然而在植物中，除了一些更苏植物例如鳞叶卷柏(Selaginellalepidophylla)之外，不是很清楚海藻糖的作用。

在大多数情况下，海藻糖合成为两步过程，其中海藻糖-6-磷酸合酶(TPS)合成海藻糖-6-磷酸(T6P)，然后经T6P磷酸酶(TPP)去磷酸化生成海藻糖。虽然在大多数植物中几乎检测不到海藻糖，但在例如拟南芥中存在多个TPS和TPP基因的同源物(Vogel et al.，2001；Leyman et al.，2001；Eastmond et al.，2003)。在以异源海藻糖生物合成基因转化的转基因植物发生的海藻糖累积导致非生物性胁迫耐性的改善(Garg et al.，2002；Jang et al.，2003)。然而，在大多数植物中尽管存在多个海藻糖生物合成基因却没有显著的海藻糖累积，支持了基因产物的调控作用，而不支持海藻糖作为胁迫保护剂的作用。实际上，一些作者提出在糖代谢(Eastmond et al.，2003)和淀粉合成(Kolbe et al.，2005)中TPS(Avonce et al.，2004)及其基因产物T6P的调控作用。T6P对碳水化合物利用和生长而言是必不可少的(Schluepmann et al.，2003)，但是T6P的累积似乎引起幼苗的生长抑制(Schluepmann et al.，2004)。现有的数据有时是相矛盾的，并且仍远不清楚海藻糖生物合成基因的作用。这些出版物中没有一个与植物TPS可能的作用相联系，尤其是植物生长和产量中的II类植物TPS。

EP0901527公开了通过改变T6P的水平对植物代谢的调节。更具体地，他们宣称通过增加海藻糖-6-磷酸的细胞内有效性可增加植物的产量。然而，相当矛盾的，他们也宣称通过降低海藻糖-6-磷酸的细胞内有效性可刺激植物细胞或组织的生长。此外，如最近的文献所显示，这表明T6P平衡是十分微妙的并且决不是简单的。发明人通过在植物中表达异源TPS和TPP基因实现对T6P含量的调节。尽管该专利提及可通过上调或者下调内源基因获得相似的结果，人们将预料到，由于植物基因的巨大数量，这些基因中的一个基因的缺失或者过表达对T6P浓度即使有影响也仅具有有限的影响。这对于同时存在合酶样结构域和磷酸酶样结构域的II类TPS基因来说是尤其正确的。如果两个结构域都有活性，最终产品将是海藻糖而不是T6P。此外，对于至少两个拟南芥II类TPS基因，AtTPS7和AtTPS8，没有检测到合酶或者磷酸酶活性(Vogel et al.，2001；Eastmond et al.，2003)，暗示对这些基因的操纵完全不会影响植物的T6P含量。

令人惊讶地，本发明人发现植物II类TPS可用于调节植物生长和生物量产量。实际上，与基于文献所预期的相反，植物TPS活性失活导致增强的茎和根生长以及增加的植物生物量。

本发明的第一个方面是植物II类TPS用于调节植物生长的用途。本申请所使用的术语“植物”包括全植物，该植物的祖先和后代及植物部分(包括种子、枝条、茎、叶、根(包括块茎)、花及组织和器官)，其中上述每一个都包含感兴趣的基因/核酸。术语“植物”也包括植物细胞、悬浮培养物、愈伤组织、胚、分生组织区、配子体、孢子体、花粉和小孢子，同样其中上述每一个都包含感兴趣的基因/核酸。在本发明的方法中尤其有用的植物包括所有属于绿色植物界(Viridiplantae)超家族的植物，尤其是单子叶和双子叶植物。作为非限制性的实例，其可以是用于食物或饲料的农作物，其中根、叶、茎或种子生物量的增加增加了农作物产量。或者，农作物可以用于观赏或工业目的(例如淀粉产生)，或者可以用作用于生物燃料生产的原材料。已知的用于生物燃料的农作物为本领域技术人员已知并且包括但不限于粮食作物(例如玉米、大豆、亚麻仁、油菜籽、甘蔗)、经济作物(例如大麻和柳枝稷(switchgrass)和木本生物质(例如杨树和柳树)。