[发明专利]OMEGA‑7脂肪酸在植物种子中的积累

说明书

优先权要求 

本申请要求2010年6月24日提交的美国临时专利申请流水号61/358,318关于“ACCUMULATION OF N-7FATTY ACIDS IN PLANT SEEDS”的提交日权益。 

技术领域

在特定的实施方案中，本发明涉及一种发挥Δ⁹-16:0-ACP去饱和酶功能的新型突变体蓖麻属(Ricinus)Δ⁹-18:0-ACP去饱和酶，称作Com25。另一个实施方案涉及操作植物中的代谢分支点，例如以使碳改方向到ω-7脂肪酸中的代谢工程化方法。在某些实施方案中，本发明涉及用于表达Com25作为代谢工程化策略的一部分，使得碳改方向到植物种子中的ω-7脂肪酸中的方法。 

发明背景 

据估计在自然界中可能存在着超过1,000种脂肪酸结构。Millar等,(2000)Trends Plant Sci 5(3):95-101。许多这些脂肪酸通过一批原型去饱和酶变体使脂肪酸衍生化来合成。要分离的这些变体去饱和酶的第一种是来自蓖麻胚乳的蓖麻(Ricinus)油酸羟化酶，即负责蓖麻油酸合成的酶。Van de Loo等,(1995)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92(15):6743-6747。这继之以编码斑鸠菊(Vernonia)亚油酸环氧酶和还阳参(Crepis)油酸乙炔酶(actylenase)的基因。Lee等,(1998)Science 280(5365):915-18。这些基因的分离导致如下的想法，即其在油料作物植物中的异源表达可以促进相应的不常见脂肪酸的积累。Broun等,(1997)Plant Journal 13:201-10。然而，所得的不常见脂肪酸积累总是低于存在于分离基因的天然来源植物中的积累。Napier,J.A.(2007)Annu.Rev.Plant Biol.58:295-319。 

已经自积累不常见脂肪酸的组织分离的酶变体去饱和酶的比活谱与生成相应的不常见脂肪酸的作用一致。然而，它们与至今报告的所有硬脂酰-ACP去饱和酶相比展现出非常差的比活，而且已经证明了在异源表达时在生 成改变的脂肪酸表型方面是无效的。Cahoon等,(1994)Prog.Lipid Res.33:155-63。例如，在模式植物拟南芥(Arabidopsis)中在种子特异性强启动子的控制下蓖麻羟化酶的种子特异性表达导致仅约17%蓖麻油酸的积累，远少于存在于蓖麻种子中的约90%。Broun和Somerville(1997)Plant Physiol.113:933-42。已经对环氧和炔属脂肪酸报告了类似令人失望的结果，已经报告了在拟南芥中异源表达环加氧酶(epoxygenase)和乙炔酶后，它们分别积累15和25%。Lee等,(1998)Science 280(5365):915-18。在显示较差的活性外，变体去饱和酶在纯化时趋于形成不溶性聚集体。较低的稳定性和较差的催化速率是作为基因重复事件出现的许多新进化的酶共享的特性，在所述基因重复事件中，释放稳定性和/或周转选择，期间积累突变，这最终导致功能改变。Govindarajan和Goldstein(1998)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:5545-49;Goldstein(2001)in Protein Folding,Evolution and Design(Broglia,R.A.,Shakhnovich,E.I.和Tiana,G.编)CXLIV卷,I.O.S.Press,Amsterdam。 

已经推进了低水平靶标脂肪酸积累的许多潜在解释。Napier,J.A.(2007)Annu.Rev.Plant Biol.58:295-319。证明提示了专门的酶可以在将不常见脂肪酸掺入三酰甘油中发挥关键作用。例如，月桂酸酯在转基因油菜(Brassicanapus)种子中的积累在共表达椰子溶血磷脂酸酰基转移酶以及加利福尼亚月桂树(California bay)中链硫酯酶后从50%增加至60%。Knutzon等,(1999)PlantPhysiol.120(3):739-46。最近，蓖麻2型酰基辅酶A:二酰基甘油酰基转移酶(RcDGAT2)以及蓖麻羟化酶的共表达将蓖麻油酸的积累从约17%至约30%。Burgal等,(2008)Plant Biotechnol.J.6(8):819-31。