[发明专利]编码来自黄麻木质素生物合成途径的酶的多核苷酸

说明书

相关申请

本专利申请要求于2011年4月29日提交的美国临时专利申请系列号61/480,668的优先权利益。

技术领域

本发明涉及黄麻木质素生物合成途径的多个部分的鉴定和表征。更具体而言，本发明涉及来自黄麻植物的编码负责木质素合成的酶的多核苷酸，和使用这些多核苷酸和酶以用于木质素产生的基因调节和操纵的方法，以给出具有所需木质素含量及其他特征的纤维。

背景技术

木质素是通常在多步过程中源自苯丙氨酸的单木质醇(monolignol)(羟基肉桂醇)的复杂芳香族杂聚物。(Whetten，R.和Sederoff，R.，(1995)Lignin Biosynthesis，Plant Cell，7，第1001-1013页)。主要沉积在细胞壁中的这些聚合物确保植物茎的必需机械强度和最重要地，确保植物维管组织的疏水性。(Vanholme，R.等人(2010)Lignin biosynthesis and structure，Plant Physiol，153，第895-905页)。由于其疏水性质，木质素充当维管组织的主要组分，并且在水转运中起必需作用。除了其结构和转运定向作用外，木质素还是植物的防御系统的关键组分(Goujon，T.等人(2003)Genes involved in the biosynthesis of lignin precursors in Arabidopsis thaliana，Plant Physiology and Biochemistry，41，第677-687页)。并不令人惊讶地，环境条件影响沉积的木质素的量。(Boerjan，W.等人(2003)Lignin biosynthesis，Annu Rev Plant Biol，54，第519-546页)。例如，木质素生物合成响应多种应激条件如创伤、非生物胁迫和病原体感染而诱导。木质素限制病原体侵入且保护细胞壁多糖不受微生物降解作用(Vanholme等人，2010)。

我们目前对木质素生物合成的了解大部分来自这个途径在拟南芥(A.thaliana)和毛果杨(P.trichocarpa)中的完全了解。(Goujon，等人，2003；Shi，等人(2010)Towards a systems approach for lignin biosynthesis in Populus trichocarpa：transcript abundance and specificity of the monolignol biosynthetic genes，Plant Cell Physiol，51，第144-163页)。存在三种基本单木质醇单体：对香豆醇、松柏醇和芥子醇。这些单木质醇掺入三个木质素单体或构件块内：对羟基苯基(H)、愈创木基(G)和紫丁香基(S)。参见图1。这些单木质醇在甲氧基数目中不同。对羟基苯基(H)没有甲氧基，愈创木基(G)具有一个甲氧基，而紫丁香基(S)具有两个甲氧基。(Goujon等人，2003)。然而，除了这三种单木质醇外，还可掺入少数其他类苯基丙烷，例如羟基肉桂醛、羟基肉桂酯和羟基肉桂乙酸酯。(Boerjan等人，2003)。

在这些基本木质素构件块的生物合成后，它们转运至木质化区带。在木质化区带中，聚合作用通过经由过氧化物酶或漆酶的基于氧化自由基的偶联发生，并且通过与纤维素和半纤维素交联形成网状结构。(Boerjan等人，2003；Vanholme，R.等人(2008)Lignin engineering，Curr Opin Plant Biol，11，第278-285页)。当多糖基质形成完成时，木质化在细胞壁的次生增厚过程中的不同时期中发生。木质素沉积受多糖基质的性质影响。在初生细胞壁中，它作为球状结构发现；而在次生细胞壁中，它形成薄片。(Boerjan等人，2003)。

虽然木质素在植物生命中的作用必不可少，但它是浆和生物燃料工业中植物材料的成本有效/高效使用中的主要限制因素。木质素还限制生物量用于纤维、化学品和能量生产的用途。木质素的去除是非常昂贵的过程，并且这些工业将获益于对具有更少木质素的生物量或容易降解的木质素的接近。在过去几十年中，已取得木质素生物合成途径的一些了解，尽管该过程的部分并未完全了解。