[发明专利]肌醇多磷酸2-激酶基因及其用途

说明书

本申请是申请号为200580037581.5，申请日为2005年9月9日，发明名称为“肌醇多磷酸2-激酶基因及其用途”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本申请享有2004年9月9日申请的U.S.临时申请No.60/608,244的权益。 

本发明涉及植物分子生物学领域。具体地，本发明涉及编码酶肌醇多磷酸2-激酶（IPP2-K）基因的鉴定和用途，该酶涉及植物中的植酸生物合成途径，并涉及这些基因及其突变体降低植物种子和含有该种子的食物或饲料中的植酸水平和/或提高含磷的非植酸（non-phytic acid phosphorous）水平的用途。 

背景技术

已经充分认识了磷（phosphorous）在动物营养中的作用。在给动物提供结构的骨骼中发现了动物体内百分之八十的磷。动物百分之二十的磷发现于软组织中，其中涉及无数的生化反应，包括DNA、RNA、磷脂和一些B族维生素的合成和活性。 

尽管磷对动物健康是关键的，但不是饲料中所有的磷是生物可利用的。myo-肌醇1,2,3,4,5,6-六-kis-磷酸盐，通常称为植酸，是许多植物种子和蔬菜组织如根和块茎中存在的大量分子。植酸盐（或肌醇六磷酸盐）是种子中磷的主要存储形式，通常代表种子全部磷（P）的65%至80%。当非反刍动物食用基于种子的膳食时，所食用的植酸在消化道中形成几种营养重要矿物质的盐。这些盐的排泄降低了磷和矿物质两者的保留和利用（即，生物利用率）。因此，这导致食用种子的人和动物的矿物质缺乏。此外，动物废料中结合植酸的磷引起了地表和地下水的污染。 

已经提出了几种方法来降低种子中的植酸内含物对膳食、磷和矿物质保留和环境的负面影响。方法包括通过收集后干涉除去膳食植酸和遗传上降低种子的植酸含量。US5,689,054（玉米）和US6,111,168（大豆）中提出了含降低植酸的种子的权利要求。WO 00/73473、WO 99/05298、US 6,197,561和US 6,291,224中讨论了通过处理肌醇1-磷酸合成酶(myo-inositol 1-phosphate synthase)而改变肌醇六磷酸盐的水平。WO99/37786中讨论了通过用肌醇甲基转移酶分流4-O-甲基内消旋肌醇而改变肌醇六磷酸盐的水平。US6,197,561提出了通过改变其他酶的数量来改变肌醇六磷酸盐的水平，这些酶包括磷脂酰肌醇-3-激酶、myo-肌醇1,3,4-三磷酸5/6-激酶、myo-肌醇单磷酸酶-3、肌醇多磷酸5-磷酸酶、D-myo-肌醇-3-磷酸合酶、D-myo-肌醇三磷酸盐3-激酶、myo-肌醇转运蛋白、玉米植酸酶、磷脂酰肌醇转运蛋白、 磷脂酰肌醇-4-磷酸-5-激酶、磷脂酰肌醇-特异性磷脂酶、myo-肌醇单磷酸酶-1、磷脂酰肌醇4-激酶、磷脂酰肌醇(4,5)双-磷酸5-磷酸酶、磷脂酰肌醇合酶。US6,399,861、US6,303,766、US5,994,628、US5,714,474和US5,543,576中还公开了植酸酶的植物/种子表达，植酸酶是一种能够降解肌醇六磷酸盐的酶。US2003/0009011（WO02/059324）公开了肌醇多磷酸激酶基因和用于调节肌醇六磷酸盐水平的用途，另外提出了鉴定其他肌醇多磷酸激酶基因的保守序列。US2003/0079247（WO03/027243）公开了另外的肌醇多磷酸激酶基因，描述为肌醇1,3,4-三磷酸5/6-激酶基因家族。以上US5,689,054中描述的lpa2突变体含有多个该基因家族的突变（请参阅Plant Physiol.2003年2月；131(2)：507-15）。 

尽管这些方法，仍然存在通过降低植酸水平和提高含磷的非植酸水平来提高植物特别是玉米营养成分的需要。 

IPP2-K酶催化多个导致植酸形成的步骤。它催化，例如：ATP+肌醇1,4,5,6-四kis磷酸盐（tetrakisphosphate）→ADP+肌醇五kis磷酸盐（pentakisphosphate）和ATP+肌醇1,3,4,5,6五kis磷酸盐（pentakisphosphate）→ADP+肌醇1,2,3,4,5,6六磷酸盐的反应。此外，该酶催化ATP+肌醇1,4,6-三磷酸盐→ADP+肌醇1,2,6-三磷酸盐的反应。发育中植物种子中IPP2-K酶活性的降低将中断植酸合成，因此降低种子中植酸的水平并使得饲喂种子的动物在代谢上更易于利用磷。本发明解决了通过提供编码全部或部分IPP2-K酶的核酸序列和用于操纵植物细胞中植酸生物合成途径的工具来提高磷酸盐生物利用率的需要。 

发明内容