[发明专利]γ-tmt和vte3基因共转化提高植物中维生素E含量的方法

说明书

技术领域

本发明属生物技术领域，涉及提高维生素E(生育酚)含量的方法，特别是一种双关键酶基因γ-tmt和vte3共转化提高植物中维生素E含量的方法。

背景技术

现有技术公开了维生素E是一种脂类维生素，其天然产物依结构的不同分为八种类型，分别是α、β、γ、δ-生育酚(tocopherol)和α、β、γ、δ-生育三烯酚(tocotrienol)，其中α-生育酚的生物活性最高，被认为是维生素E的主要活性成分。

医学研究表明，维生素E不仅仅与生殖系统有关，而且与中枢神经系统、消化系统、心血管系统和肌肉系统的正常代谢都有密切关系(Traber and Sies，1996)。其功能体现在如下方面：维生素E参与细胞膜的构建和维持，是动物和人体内重要的抗氧化物质。维生素E是治疗冠心病、动脉粥样硬化等心脑血管疾病的重要辅助性药物，有助于降低血脂和血胆固醇含量，抗凝血、抗氧化并且消除自由基，从而起到预防及治疗血管栓塞的作用。维生素E对于提高机体免疫能力有着重要的影响，具有抗衰老的功能，可以消除细胞色素沉淀，改善皮肤弹性，减弱性腺萎缩，因而在大量保健品和美容用品中广泛使用。维生素E可以预防和治疗多种妇科疾病，治疗早产儿溶血性贫血和蚕豆病，治疗营养不良儿童的巨幼红细胞性贫血。维生素E可以促进胆汁分泌、胆管形成和胆红素分泌，对急慢性肝炎和肝硬化有着治疗作用。维生素E可以预防癌症发生，对于癌症患者的治疗也有重要的辅助作用。

维生素E对于人类和动物健康有重要作用，但维生素E的合成途径只存在于绿色光合植物中，包括低等单细胞植物蓝藻和高等植物；人体和动物体内不存在维生素E合成途径，故而日常营养所需的维生素E摄取自绿色植物，特别是各种油类作物的种子，以及由种子所榨取的植物油。

直接由植物油脱臭馏出物中获得的生育酚混缩液的生物活性很低，α-生育酚的含量较低。工业生产维生素E主要是以上述生育酚混缩液为原料，经过半合成法，将其中的非α-生育酚成分转变为α-生育酚。但是成本较高，而且产生的α-生育酚消旋性与天然α-生育酚不同，活性也低于天然α-生育酚。因此，提高植物天然生育酚含量及其α-生育酚比例有着十分重要和现实的应用价值。

随着近年来植物基因组学的发展，DellaPenna于1999年提出了营养基因组学(nutritional genomics)的概念，即充分的利用基因组学的研究成果，分离植物营养代谢途径的关键酶基因，解析植物微量营养素代谢途径，深入了解代谢途径的调控方式，从而利用代谢工程的方法和手段改良作物品质，提高作物营养价值(DellaPenna，《科学》，1999年285卷375-379页)。基于营养基因组学的观点和现实情况的调研，对维生素E的生物合成途径研究的主要目标有二，其一是提高维生素E的整体含量，其二是改变维生素E的类型组成比例，提高其中α-生育酚的组成比例。为达到这种目标，必须对维生素E的生物合成途径及其调控进行研究。

基于基因组学的基础，维生素E合成途径的基因分离、克隆和功能性研究已经取得了突破性的进展。人们已经初步完成了对参与维生素E合成途径关键基因的分离和功能验证工作，初步分析了维生素E(生育酚)合成途径概貌。

维生素E(生育酚)合成途径主要由以下五个步骤组成。(1)4-羟苯丙酮酸(HPP)在4-羟苯丙酮酸二加氧酶(HPPD)的催化下，生成尿黑酸(HGA)(Norriset al.，1998)；(2)尿黑酸在尿黑酸植基转移酶(HPT)催化下，与植基二磷酸(PDP)发生缩合，生成2-甲基-6-植基-苯醌(Collakova and DellaPenna，2001)；(3)2-甲基-6-植基-苯醌在甲基植基苯醌甲基转移酶(MPBQ MT)的催化下，生成2，3-二甲基-6-植基-苯醌(van Eenennaam et al.，2003)；(4)2，3-二甲基-6-植基-苯醌在生育酚环化酶(TC)的催化下，生成γ-生育酚(Porfirova et al.，2002)；(5)γ-生育酚在γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)的催化下，生成α-生育酚。