[发明专利]在转基因水稻中高效生产木聚糖酶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域中利用转基因植物生产酶制剂的方法，尤其是涉及利用转基因水稻生产木聚糖酶的方法。

背景技术

我国是世界上饲料原料需求大国，随着饲料粮总需求量不断增加，其缺口也逐年增大。我国养殖业的能量饲料资源十分短缺，而作为我国大宗粮食作物-水稻的秸秆和谷粒由于富含木聚糖等抗营养因子饲用效率低下。谷物饲料中的木聚糖是一种不能被单胃动物消化吸收的抗营养因子(Bedford，1995；Choct等，1990)，在动物胃肠道的消化吸收过程中与金属离子、蛋白质和一些营养物质结合成不易被吸收利用的物质，不仅增加饲料成本还降低了动物的生产性能。

我国是世界上最大的养殖国之一，动物在将饲料营养转化为畜产品的过程中，有很多食入养分未吸收而被排入到环境中去，对土壤和水源造成巨大污染(N、P的污然最为严重)。我国每年产生禽畜粪便10多亿吨，养殖业对生态环境造成了很大威胁。如何通过饲料改良减轻动物粪便造成的污染问题，是农业和畜牧业可持续发展需要解决的迫切问题。

木聚糖酶(EC 3.2.1.8)能水解谷物和秸秆中的木聚糖，在半纤维素降解中起着关键作用，可大幅度提高纤维素类物质的利用效率，具有广泛应用前景(Biely，1985；孙建义，1998)。研究表明，在肉鸡饲料中添加含木聚糖酶的酶制剂能提高饲料转化效率和生长速率10％以上，木聚糖酶能提高稻谷不同养分消化率7.16％-96.46％；肉鸡生长速度和饲料转化效率分别提高了17.1-20.0％和15.2-15.9％，并接近玉米饲料水平(李卫芬等，1999；2004；王敏奇等，2003)。木聚糖酶主要作用机理：通过有效降解谷物饲料细胞壁中的木聚糖，使胞内营养物质释放出来，有利于动物消化酶分解；并通过消化酶活性的提高和消化道内容物粘度的降低，维持消化道正常形态结构，提高饲料养分的消化吸收率，减少大肠杆菌数量使畜禽的腹泻率大幅度降低，促进动物健康生长；从而提高

谷物饲料转化效率，接近玉米相同的饲养效果，并大幅度降低饲料成本，提高养殖业的饲料报酬。此外，还具有减少畜禽排泄物中有害物质(氮和磷)排放量和代替抗生素的功效，经济效益十分显著(Bedford，1995；Choct等，1995)。因此世界各国尤其发达国家均普遍使用微生物酶制剂来提高养殖业的经济效益(Cassen，1996；居乃琥，2000)。

目前用于提高饲料利用率的木聚糖酶均来自微生物(Wong等，1988；刘明启等，2004)，一般采用微生物发酵系统生产木聚糖酶，但其使用成本仍然较高，从而制约了木聚糖酶的广泛应用(Kimura等，2003)。

利用植物表达系统生产酶制剂是近年发展起来的生物新技术，主要是采用特异启动子诱导外源重组酶基因在农作物中高效表达，使农作物的茎、叶或种子等组织富含重组酶。利用该技术获得的农作物新品种不仅可大规模生产酶制剂，而且其秸秆和/或种子可加工优质饲料，从而降低养殖业生产成本，大幅度提高生产效率(Goddijin et al.，1995，Hellwig et al.，2004；Whitelam，1995)。

已有的研究表明，利用转基因模式植物-烟草作为生物反应器开展的微生物木聚糖酶基因转导及表达研究已经获得成功(Sun等，1997；Herbers等，1995；1996)。Herbers等人(1995，1996)将热纤梭菌木聚糖酶XynZ和瘤胃微生物木聚糖酶D导入烟草表达，且没有危害烟草的生长。微生物木聚糖酶也在油菜籽中获得了表达，它定位于油菜种子中的油质体膜上，实现了外源基因与植物油体特异调控基因的融合表达(Liu等，1997)。2000年澳大利亚的Patel等人将瘤胃真菌木聚糖酶基因(xynA)导入大麦胚乳中表达，这些研究表明利用微生物木聚糖酶基因在植物中的高效表达来生产木聚糖酶是一条可行的技术途径。但是有关微生物木聚糖酶在其它农作物中表达的研究很少。鉴于水稻是我国重要的农作物，将来源于微生物并经过人工修饰能耐受饲料制粒等高温加工的木聚糖酶重组基因转移到水稻中表达，利用农作物如水稻的稻叶和秸秆来生产饲用酶有广泛的应用前景，迄今为止，在国内外尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在转基因水稻中高效生产木聚糖酶的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种转基因水稻中高效生产木聚糖酶的方法，该方法包括以下步骤：

(1)构建含有木聚糖酶基因的植物表达载体。

(2)用农杆菌介导得到转基因植株，使木聚糖酶基因在转基因植株的种子、茎叶中表达。