[发明专利]相思树AmCesA2基因及提高植物纤维素含量的方法

说明书

本申请是CN200410046111.2的分案申请，原申请名称为：两个相思树纤维素合酶基因及提高植物纤维素含量的方法，原申请的申请日为：2004年6月1日。

技术领域：

本发明涉及相思树纤维素合酶基因AmCesA2及通过转基因技术利用它来提高植物纤维素含量，研究其可能功能的方法。

背景技术：

相思树种共有1200余种，原产地为澳大利亚和非洲。它是一种适应性较强的树种，速生，能迅速固氮，改良土壤。其生长量、制浆性能和纤维质量都可以和桉树媲美甚至优于桉树，是一种优良的纸浆工业原料。

我国引种的主要相思树种有：大叶相思(Acacia auriculiformis willd)，马占相思(Acacia mangium willd)和厚荚相思(Acacia crassicarpa)。目前，主要分布于海南、福建及两广地区。在几种相思树种中，马占相思的制浆性能及纤维质量都优于其它两类相思树种，且由于其生长期相对较短(6年)，对土壤具有改良作用，成为东南亚一种普遍种植的造纸用树。

纤维素是细胞壁的主要组成成分之一，也是评价造纸原料性能优劣的一个重要指标。纤维素的基本结构单位是吡喃式D-葡萄糖，以β-1，4糖苷键相连。植物细胞壁中多糖的结构、糖基组成、糖基间的连接键及糖基的修饰作用等已研究的较为清楚，但对涉及多糖合成的酶与多糖聚合还知之甚少(Gibeaut etal，1994)。相思树作为一种重要的造纸原料，目前还没有有关其纤维素合酶方面的报道。

纤维素合酶属于糖基转移酶类家族，后者基于其氨基酸序列的相似性被划分为47个家族。植物因其具有广泛的糖基转移反应，从而有大量的糖基转移酶类基因被分离、鉴定(Saxena I M et al，2000)。

第一个纤维素合酶基因是在本醋杆菌(Acetobacterxylinum)中分离得到的(Saxena IM.et al，1990；WongHC.et al，1990，Saxena，1995)，它含有糖基转移酶类的D，D，D，QXXRW保守区域。植物中的纤维素合酶基因首先发现于棉花。由Pear等(1996)对棉花纤维cDNA文库进行随机时发现，其编码的蛋白具D，D，D，QxxRW保守特征。而在N-末端与保守的天冬氨酸残基之间还具额外的特异性片断，显示了独特的序列特征。

目前，在拟南芥、玉米、杨树、水稻中已得到了编码纤维素合酶的基因全长(Richmond TA，2000；SamugaA，2002等)。植物的纤维素合酶在N端特有一个类似于植物转录因子的“亮氨酸拉链”区域，称作LIM-likeZn-binding domain/RING finger区域(Kawagoe and Delmer，1997a，1997b；Arioli et al，1998)，前者介导蛋白与蛋白间的相互作用(Bach，2000)，而后者在蛋白的泛数降解中具有功能(Freemont，2000)，因此推测这个结构在CesA的功能实现中参与蛋白偶联和定向降解。

与细菌的纤维素合酶不同，植物的CesA具有一个特异的植物特异性保守区CR-P(for conservedplant-specific)和植物特异的高度可变区HVR(for hyper-variable plant-specific)(Delmer DP，1999)。但其功能目前还不清楚。

目前，CesA的功能推测主要来自于基因表达、UDP-G结合实验(Pear JR et al，1996)、突变分析(FagardM et al，2000)及基因沉默实验(Burton et al，2000)。Burton等(2000)借助病毒诱导的基因沉默技术对植物纤维素合酶基因进行了研究。他们采用马铃薯X病毒为载体，将一个推测可能编码纤维素合酶的基因导入烟草，结果烟草出现了矮化现象，纤维素含量明显降低，从而验证了目标基因编码的蛋白具纤维素合酶功能。但这种降低可被同源的乳糖的增加所抵消，从而说明在纤维素和果胶的生物合成过程中或其他可能的新陈代谢途径中存在着反馈环。