[发明专利]具有降低的木聚糖含量的转基因树

说明书

技术领域

本发明涉及改善树特性的领域。具体地，本发明涉及下调木聚糖生物合成机构中 的糖基转移酶43基因，同时增强生长特性、改善糖化特性和机械特性的方法。本发明还涉及 所使用的表达载体、转基因树和木材。这样的树和木材可用于植树造林和生物能源用途。

背景技术

作为可再生生物燃料的丰富原材料，木材是优良的能源。高等植物的细胞壁包含 多糖，例如纤维素、半纤维素、果胶和多酚化合物如木质素(lignin)。所有这些细胞壁组分 构成木素纤维素生物质(lignocellulosic)，其为能量的丰富来源。

木聚糖是硬木(hardwood)中的主要半纤维素，构成木质生物质的约20％。对于一 个物种，硬木中木聚糖主链的长度通常在窄长度范围内，但是可以根据分离工艺变化。残基 的数目在50和250之间变化。据推测，硬木中木聚糖的长度被严格控制。

木聚糖由大量糖基转移酶(GT)在高尔基体中合成并且在小泡内转运至质膜，在那 里它们被整合到细胞壁中并与其他壁组分交联。在杨属(Populus)中，糖基转移酶属于基因 家族GT8、GT43和GT47。它们是木聚糖主链的起始、延伸和终止所需的。

自从在拟南芥属(Arabidopsis)中发现参与木聚糖生物合成的第一个基因以来， 木聚糖的生物合成便成为深入研究的领域。

毛果杨(Populustrichocarpa)GT43组包括被称作GT43A至GT43G的7种基因。核酸 序列示为SEQIDNO：1至7；并且相应的氨基酸序列示为SEQIDNO：8至14。对毛果杨、拟南 芥(Arabidopsisthaliana)和水稻(Oryzasativa)的比较性序列分析表明GT43基因形成 三个不同的进化枝，它们在三个相异的属中是保守的，见图1。拟南芥核酸序列在序列表中 示为：SEQIDNO：15(AtlRX9，进化枝I)、SEQIDNO：16(AtlRX9-L，进化枝II)、SEQIDNO： 17(AtlRX14，进化枝III)和SEQIDNO：18(AtlRX14-L，进化枝III)。相应的氨基酸序列分别 示为SEQIDNO：19至22。

低等维管植物和云杉仅有进化枝II和进化枝III两个进化枝。

研究已显示，进化枝I或II的成员以及进化枝III的成员为木聚糖木糖基转移酶活 性所需。这被最近的研究(Lee等(2012)PlantSignaling&Behavior7：1-6)所支持，其表明 两种杨树糖基转移酶PtrGT43B和PtrGT43C参与木聚糖生物合成。他们的发现表明，在木聚 糖主链生物合成期间，杨属GT43成员协同作用以催化木糖基残基的连续转移。这进一步支 持以下假说：GT43基因家族成员的生化功能在维管植物中是进化保守的。

已经发现杨属GT43成员参与木聚糖主链的延伸。GT43A和GT43B在木材形成期间被 高度表达，特别是在正在进行次生细胞壁增厚的细胞中表达。

已经通过RNAi降低了转基因的杨属中杨属GT43B基因的表达(Lee等(2011) Mol.Plant4：730-747)。这种降低的表达导致这些杨属转录物降低至WT水平的2％-15％。 结果，形成在纤维和脉管中具有薄细胞壁和不规则木质部表型(萎缩的脉管)的异常木质 部。

此外，这些株系(line)中木糖含量降低至WT木糖含量的50％至80％。S-木质素和 G-木质素的含量也降低。

戊糖(如木聚糖)被视为差的发酵底物，因此木聚糖含量的降低在发酵应用中是有 益的。然而，具有降低的木聚糖含量的植物矮小，和/或产生具有萎缩的和薄的细胞壁的木 质部。这样的植物也是瘦弱的并且具有脆弱的茎。