[发明专利]植物中提高的蛋白质产量和贮存

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求对2008年6月28日提交的美国临时申请系列案61/076,616(其以其全文通过引用合并入本文)的优先权。

关于联邦政府资助的研究或开发的申明

本发明部分地在由USDA授予并且由University of Missouri，Columbia管理的专项研究基金#2006-06103下得到美国政府资助，并且得到USDA Agricultural Research Service的校内研究资助(项目号#3622-210000-025-00)。美国政府在本发明中可具有某些权利。

联合研究协议的名称和参与者

本发明由Donald Danforth Plant Science Center与美国政府(由U.S.Department of Agriculture，Agricultural Research Service(″USDA″)代表)之间的联合研究协议产生。因此，美国政府在本发明中可具有某些权利。

发明领域

本发明涉及植物遗传学领域。更具体地，本发明涉及基因构建体和使用所述构建体改良植物种子以产生提高量的目的蛋白质的方法。

发明背景

种子为人和牲畜提供了膳食蛋白质的重要来源。某些种类的种子例如大豆能够积累相对高水平的内源蛋白质，从而使大豆成为进行遗传修饰以产生引入的蛋白质的良好选择。尽管许多分子工具是可获得的，然而种子的遗传修饰通常受到工程改造的蛋白积累不足的限制。许多细胞内过程可影响总蛋白质积累，包括转录、翻译、蛋白质装配和折叠、甲基化、磷酸化、转运和蛋白质水解。一个或多个此类过程的干扰可增加在基因工程改造的种子中产生的蛋白质的量。

基因的引入可对植物生长和发育造成有害作用。在这样的情况下，基因的表达可能需要被限制于期望的靶组织。例如，可能必需以种子特异性方式表达氨基酸脱调控基因以避免可影响产量或其他农艺性状的不期望的表型。

大豆种子包含35％至43％的蛋白质(基于干重)；该蛋白质大部分为贮藏蛋白(storage protein)。存在两种主要的大豆种子贮藏蛋白：大豆球蛋白(也称为11S球蛋白)和β伴大豆球蛋白(也称为7S球蛋白)。它们总共占70至80％的种子总蛋白，或25至35％的种子干重。

大豆球蛋白是具有大约360kDa的分子量的大蛋白。其是由鉴定为G1、G2、G3、G4和G5的5个主要亚基的不同组合组成的六聚物。

β伴大豆球蛋白是具有范围在150至240kDa之间的分子量的异质糖蛋白。其由鉴定为α、α′和β的3个高度带负电荷的亚基的不同组合组成。

Kinney和Herman(″Cosuppression of the α Subunits ofbeta-conglycinin in Transgenic Soybean Seeds Induces theFormation of Endoplasmic Reticulum-Derived Protein Bodies″PlantCell 13：1165-1178(2001))报导，使用包含可转录成β伴大豆球蛋白5′非翻译前导序列的区域的构建体的转化导致β伴大豆球蛋白的α和α′亚基的减少。Kinney和Herman指出，″β伴大豆球蛋白的减少可明显地由大豆球蛋白和其他液泡蛋白在ER中的增加的积累补偿″，这使得他们推测，“可能通过共表达其他蛋白质，可能作为具有可切割间隔子的大豆球蛋白融合蛋白，可能能够改造大豆以高水平表达和积累需要ER介导的折叠和加工事件的外源蛋白。Kinney和Herman没有教导在大豆种子中减少β伴大豆球蛋白的表达，同时在大豆球蛋白启动子的控制之下表达融合至ER信号肽的外源蛋白。

Oulmassov等(美国专利申请2005/0079494)描述了在启动子例如大豆球蛋白启动子的控制下的突变的大豆球蛋白的表达。Oulmassov等还描述了反义介导的包含低含量的必需氨基酸，但在特定的组织中仍然以相对高水平表达的序列(例如β伴大豆球蛋白和大豆球蛋白)的抑制。Oulmassov等人没有教导减少β伴大豆球蛋白的表达对于在大豆球蛋白启动子的控制之下表达的蛋白质的表达和积累的任何可能后果，也没有教导在大豆种子中抑制β伴大豆球蛋白的表达，同时表达在大豆球蛋白启动子控制之下的融合至ER信号肽的外源蛋白的任何可能后果。