[发明专利]芦苇高蛋氨酸基因LwHM1及其编码蛋白的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一个编码芦苇高蛋氨酸蛋白的基因LwHM1，它的遗传学定位以及该基因在不同物种间同源基因的同源程度分析，以探索利用该基因进行植物营养基因工程提高大豆等作物或牧草的蛋氨酸含量以适应人类和动物对蛋氨酸营养需求。

背景技术

蛋白短缺包括蛋白含量短缺和营养品质低下，是21世纪全球性的严重问题，在尽快提高作物品种的蛋白质含量的同时，积极改善蛋白质的氨基酸组成，提高营养价值，具有重要意义。植物种子储藏了丰富的蛋白质、碳水化合物和脂类，其中贮藏于蛋白质体内的贮藏蛋白是植物种子的主要成分，其功能不仅局限于为种子的正常萌发和幼苗生长提供营养供给，而且也参与了种子萌发和发育过程的调控。此外，种子贮臧蛋白也具有防御病原体侵染和动物攻击的生理功能(Maur′cio P S，2000)。

硫是仅次于氮、磷、钾的植物必需的第4大营养元素，缺硫时蛋白质合成受阻，导致非蛋白氮累积，不仅影响作物生长，而且降低农产品品质；植物含硫量为0.1％～0.5％，其变幅明显受植物种类、品种、器官和生育期的影响。十字花科植物需硫最多，豆科、百合科植物次之，禾本科植物较少(陆景陵，1994)。含硫氨基酸如甲硫氨酸(也称为蛋氨酸，methionine，Met)、胱氨酸、半胱氨酸(cysteine，Cys)等是合成蛋白质的重要氨基酸；蛋白质中含硫氨基酸的含量与种子萌发、生长和作物品质均有密切关系。其中，Met作为人体和单瘤胃动物的必需氨基酸之一，在水稻、小麦、大麦、养麦，尤其是豆类和花生等主要的粮食作物和经济作物中含量极低，是主要的限制性氨基酸，因此提高这些作物的Met含量显得尤为重要(赵文明，1995；Müntz K，1998)。

随着现代生物技术的发展，通过扩大筛选获得更多高含硫氨基酸的目的基因，利用蛋白质组学的方法揭示高Met种子贮臧蛋白新的功能(王文军等，2005)，结合植物基因工程的手段改良作物品质、调节种子生长发育等将更具实际意义(Haft B K，2005)。

植物基因工程中核心的一环是得到目的基因。目前国际上已经分离出来可供用来提高作物Met含量的高Met植物种子贮藏蛋白基因为数不多，其主要来源是玉米(Altenbach S B，1990)和水稻(Masumura T，1989)，此外还有少部分来自巴西栗(Saalbach I，1994)、花生(Basha S M，1994)等，我国尤其落后，因而充分利用我国丰富的种质资源，合理与有效的发掘和利用植物资源，分离提取有价值的高Met植物种子贮藏蛋白基因是以提高作物Met含量为目的品质改良基因工程领域迫切需要的基础性工作，也将为高Met植物种子贮藏蛋白的研究开辟新的领域。

发明内容

本发明提供一种表达高蛋氨酸蛋白的芦苇基因LwHM1及其编码高蛋氨酸蛋白的应用；该基因能提高高蛋氨酸蛋白的表达，尤其是能够提高芦苇中蛋氨酸的含量。

本发明通过设计出引物，以芦苇RNA为模板，PCR扩增得到该基因全长序列，经T载体克隆并测序，表明这是一条编码高蛋氨酸蛋白的基因，再转入大豆进行强表达，以提高大豆蛋氨酸含量。该基因编码区为420bp，编码139个氨基酸，其中含有21个蛋氨酸，并且在该蛋白中蛋氨酸的摩尔百分含量达到15.11％。

因此，本发明第一目的是提供一种表达高蛋氨酸蛋白的芦苇基因LWHM1，其属于新的表达高蛋氨酸蛋白基因，具有或选自SEQ ID NO：1的序列。

本发明第二目的是提供所述基因所表达的功能蛋白，其具有或选自SEQ ID NO：2的蛋白序列，或具有或选自SEQ ID NO：1的基因序列所表达的蛋白序列。

本发明第三目的是提供所述基因或功能蛋白，在调控芦苇高蛋氨酸蛋白表达中的用途；利用该基因，开发更高效、无毒的芦苇来源的具有高蛋氨酸蛋白的功能型食用蛋白乃至保健品。

附图说明

图1为PCR基因扩增结果(1为芦苇PCR扩增产物，M为DNA Marker)。

图2为酶切结果(1为提取的重组质粒，2为重组质粒酶切产物，M为DNA Marker)。

图3pCAMBIA1390重组质粒中连接示意图(L.Japonicus Ubiquitin promoter pCAMBIA1390)，其中BARM为稗草高蛋氨酸基因。

技术效果

1、利用本发明的LwHM1基因表达得到含有21个蛋氨酸的蛋白质，有助于蛋氨酸在大豆中的含量。