[发明专利]提高植物淀粉含量的方法

说明书

发明的领域

本发明涉及植物分子生物学，特别是用于在植物组织中增加淀粉积累的方法和组合物以及这些植物组织在商业应用中的用途。

发明背景

植物生物质包括糖类，并且代表着地球上最大的可再生碳氢化合物的来源。与其他可再生的能量来源不同，生物质可以被直接转化为液态燃料。两种最常见类型的生物燃料是乙醇(酒精)和生物柴油。乙醇是醇，它可以通过发酵任何高碳水化合物(淀粉、糖类、或纤维素)的生物质而产生。一旦从该生物质材料中获得了可发酵的糖类，可以接着对这些糖进行发酵以便通过类似于酿造啤酒的工艺来产生乙醇。然而，这种庞大的资源并未得到利用，这是因为糖类被锁定在复杂的聚合物(这些聚合物通常被通称为木质纤维素)这一事实。

将木质纤维素常规分解为单体(单糖)要求通过化学和/或物理的预处理将生物质来源的材料软化。还可加入酶类，这些酶将包含在生物质中的聚合物形式的糖类水解为单糖。然后，随后的发酵可以利用6-碳糖以及5-碳糖来进行以产生乙醇或其他所希望的生物产物。由植物生物质的降解所产生的糖类可以提供丰富的、竞争经济的原料用于发酵形成化学品、塑料、饲料添加剂以及燃料。

碳水化合物构成了地球上最为丰富的有机化合物。他们在植物中被发现为主要作为处于纤维素或淀粉形式的复杂的葡萄糖聚合物。纤维素、半纤维素以及葡聚糖组成了植物细胞壁和木本组织的多种结构组分。这些结构组分常常与其他分子(例如，蛋白质、脂肪以及木素)进行络合。淀粉被植物利用为种子中的主要的储存碳水化合物，并且谷物是由基本上纯的葡萄糖聚合物构成的。淀粉见于多种谷物连同块茎以及根之中。淀粉是令人希望的储存碳水化合物，这是由于它在构成方面是简单的并且可以很容易被植物分解转化成能量这个事实。相对地，木质纤维素材料是由葡萄糖和/或几种不同的糖类与木素相络合而组成。淀粉通过有效并且廉价的淀粉水解酶很容易被水解成为单体糖类，而木质纤维素材料既不是可容易水解的、也不是处理起来相对廉价的。还发现碳水化合物大量地处于简单的二糖蔗糖形式。蔗糖可见于多种作物中，例如甘蔗、糖甜菜、以及甜高粱。与蔗糖不同，淀粉是稳定的并且能够以脱水的形式储存很长时间。

令人希望的是生产有益于产生单体糖的植物，其中较高比例的碳水化合物是处于淀粉形式的。在此提供了用于产生富含淀粉的植物生物质的方法，以及用于从植物生物质中产生游离的糖类和寡糖的方法、连同这些游离的糖类在生物质转化法的用途。

发明概述

在此提供了用于增加植物的绿色组织中淀粉含量的组合物和方法。在此进一步提供了多种方法，在这些方法中这些植物可以用于生物质转化法。该方法涉及独立地或共同地下调了参与植物的暂存性淀粉(transitory starch)降解途径的酶类的内源活性。下调可以是组成型地靶向整株植物或在优选的目标组织(即，茎、叶、等等)之内。本发明的转基因植物在绿色组织中具有增加的淀粉含量，并且展示出淀粉过量的表型。可以对从这些转基因植物中获得的生物质进行转化以生成增强水平的游离的糖，这些糖在下游将游离的糖发酵成为化学品、塑料、饲料添加剂以及燃料的过程中是有用的。还在此提供了生产自我加工植物的方法，这种植物通过进一步表达淀粉加工酶而在绿色组织中具有增加的淀粉含量，这样当这种或这些加工酶(嗜温的、嗜热的、或耐高温的)激活时，这种植物或植物部分能够对该底物进行自我加工，它在该底物上起作用以得到所希望的结果。

本发明的详细说明

概述

冠词“a”以及“an”(一种或一个)在此用来指本文的所描述的语法术语的一个或超过一个(即，至少一个或一种)。作为例子，“要素”是指一个或多个要素。贯穿本说明书，词语“包括”、或其变体(例如，“包括了”或“包括”)应当被理解为是包含所提及的要素、整数、或步骤，或多个要素、多个整数或步骤的组，但不排除任何其他要素、整数或步骤，或多个要素、整数或步骤的组。

在此提供了用于增加植物的绿色组织中淀粉含量的方法和组合物该方法包括下调了植物中参与暂存性淀粉降解途径的酶类的活性。本发明所得到的转基因植物在绿色组织中具有增加的淀粉含量，并且展示出淀粉过量的表型。本发明进一步提供了对于在绿色组织中具有增加的淀粉含量的植物的使用方法。

在此提供了转基因的植物、种子、植物组织、以及植物部分。在此认识到，该过程可以通过使用组成型、组织、时间或化学调节的启动子来控制。可以在单子叶植物或双子叶植物中进行以下实施方案。