[发明专利]植物发育控制组合物

说明书

本发明涉及新化合物、新组合物及其用于刺激发芽和解除植物种子、组织和植物的休眠的用途。

类胡萝卜素在植物和微生物中作为光保护分子合成，并且是动物饮食中的关键组分，例子是β-胡萝卜素(维生素原A)。类胡萝卜素的氧化切割在植物、动物和微生物中发生，并且导致一系列脱辅基类胡萝卜素的释放，其充当具有不同范围功能的信号分子(1)。鉴定为编码类胡萝卜素切割双加氧酶(CCD)¹的第一种基因是玉蜀黍Vp14基因，这是脱落酸(ABA)形成所需的，所述脱落酸是介导对干旱应激的应答和植物发育方面例如种子和芽休眠的重要激素(2)。VP14酶在环氧类胡萝卜素9′-顺式-新黄质和/或9-顺式-紫黄质的11，12位置上(图1)切割，并且目前分类为9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)(3)，较大的CCD家族的亚类。

因为Vp14的发现，许多其他CCDs已显示涉及各种脱辅基类胡萝卜素的产生(图1)。在昆虫中，视色素视黄醛通过β-胡萝卜素经由β-胡萝卜素-15，15′-双加氧酶的氧化切割形成(4)。视黄醛通过脊椎动物中的正向同源酶产生，在其中它也转换为视黄酸，其为在胚胎发育过程中的分化调节剂(5)。不同的哺乳动物CCD被认为在9，10位置上不对称地切割类胡萝卜素(6)，并且尽管它的功能不明，但近期证据暗示在饮食番茄红素代谢中的作用(7)。植物挥发物β-紫罗酮和香叶基丙酮由在9，10位置上切割的酶产生(8)，并且在香料藏红花中发现的色素α-藏花素起因于7，8-切割酶(9)。

已鉴定了其中生物功能未知的其他CCDs，例如在其中各种切割特异性已得到描述的蓝细菌中(10-12)。在其他情况下，存在具有已知功能的脱辅基类胡萝卜素，但CCDs的鉴定或涉及仍未得到描述：蚱蜢酮是不能飞的蚱蜢(Romalea microptera)的防御分泌物(13)，真菌根蛋白(mycorradicin)在与丛枝菌根共生的过程中由植物根产生(14)，并且独脚金萌素内酯(15)是充当寄生杂草例如独脚金属(Striga)和列当属(Orobanche)的发芽信号的植物代谢产物(16)。

近来发现独脚金萌素内酯也充当植物中的分枝激素(17，18)。此类分枝激素的存在已知一段时间，但它的鉴定被证明是难以捉摸的。然而，已知激素衍生自至少2种CCDs、max 3和max4(更多腋生组织生长(more axillary growth))的作用(19)，因为这些基因任一在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的缺失导致丛状分枝表型(20，21)。在大肠杆菌(E.coli)测定中，AtCCD7(max3)在9，10位置上切割β-胡萝卜素，并且脱辅基类胡萝卜素产物(10-脱辅基-β-胡萝卜素)据报道由AtCCD8(max4)在13，14上进一步切割，以产生13-脱辅基-β-胡萝卜素(22)。此外，近期证据暗示AtCCD8是高度同源性的，仅切割10-脱辅基-β-胡萝卜素(23)。13-脱辅基-β-胡萝卜素的产生如何导致复杂独脚金萌素内酯的合成是未知的。该酶在植物中(in planta)可能具有不同特异性和切割活性的可能性保留。此外，细胞色素P450酶(24)被认为涉及独脚金萌素内酯合成，并且在CCD基因途径下游起作用。独脚金萌素内酯被认为通过调节植物生长素转运来实现分枝(25)。因为CCDs在独脚金萌素内酯合成中的涉及，植物体系结构和与寄生杂草和菌根的相互作用可以受CCD活性调节控制的可能性出现。

尽管使用遗传方法探测CCDs在其天然生物学背景中的功能和底物特异性中已获得相当大的成功，特别是在具有简单遗传系统或顺应转基因生成(transgenesis)的植物物种中，但存在其中遗传方法是困难或不可能的许多系统。此外，当以体外测定法或以异源以体内测定法研究重组CCDs时，例如在改造为累积类胡萝卜素的大肠杆菌(E.coli)菌株中(26)，它们通常针对广泛范围的底物是活性的(5，21，27)，并且在许多情况下特定CCD的真正体内底物仍是未知的。因此，需要另外的实验工具以研究脱辅基类胡萝卜素和CCD在其天然细胞环境中的作用。