[发明专利]编码N-甲基腐胺氧化酶之核酸及其应用

说明书

本发明提供编码N‑甲基腐胺氧化酶(MPO)的基因及其核酸建构物，包括独自调控MPO表达的方法，或与调控其它生物碱合成基因相结合调控MPO表达以调节植物和宿主细胞中生物碱的生成。MPO基因或其片段因而有助于减少或增加植物吡咯烷类生物碱或托烷类生物碱的生成和在宿主细胞内生产MPO酶。

本申请是2009年2月19日进入中国国家阶段、申请号为200780030894.7、申请日为2007年6月19日、发明名称为“编码N-甲基腐胺氧化酶之核酸及其应用”的发明专利申请的分案申请。

临时专利申请之优先权

本发明要求于2006年6月19日所申请美国临时专利申请，申请号为60/814,542及于2007年2月16日所申请美国临时专利申请，申请号为60/901,654之优先权。

技术领域

本发明涉及植物,植物细胞或其它类细胞之分子生物学及生物碱合成。除与其它事项相关外，该发明还涉及编码N-甲基腐胺氧化酶(N-methylputrescine oxidase,MPO)的核酸序列以及应用该核酸序列改良植物中生产生物碱的方法，尤其是但不完全是应用该核酸序列在烟草植物中生产烟碱，及在植物细胞或其它类细胞中生产生物碱合成酶的方法。

背景技术

吡咯烷类生物碱(例如烟碱)及托烷类生物碱(例如东茛菪碱和古柯碱)是具有多种不同药理活性的植物天然产物。例如，烟碱可以促进认知机能，并应用于戒烟治疗中的烟碱替代疗法。托烷类生物碱是重要的抗胆碱能类药物。古柯碱被用作局部麻醉药。这些化合物均从植物分离,并被作为药物使用。

人们有兴趣通过遗传工程方式来增加植物和植物细胞中吡咯烷类生物碱及托烷类生物碱的生产,以便更有效地商业化生产这些化合物以用于药物制造业。增加上述两种生物碱的生产可以通过选择育种，或通过使用编码这些生物碱合成酶基因的遗传工程。累积代谢途径中间产物或减少生物碱终末产物的遗传工程方法包括经典或定向诱变,如定向诱导基因组局部突变技术(Targeting Induced Local Lesions in Genomes,TILLING),或利用RNA干扰及相关技术特异性沉默编码这些酶的基因。

人们也有兴趣阻断上述生物碱合成途径中某些特定的代谢步骤，以累积本身可能具有高价值的代谢途径中间产物，或生产包括修饰过或含量减少的生物碱终末产物的植物。烟碱含量经遗传工程而减少的烟草植物可能有助于生产来自于植物的药物，烟碱含量低或无烟碱的香烟。所述香烟可以用于辅助戒烟(Benowitz et al.Clin PharmocolTher.80(6):703-14(2006))，和用于生产低毒性工业产品，食品或生物量农作物。

人们对编码吡咯烷类生物碱及托烷类生物碱的生物合成酶的基因知之甚少,这限制了通过遗传工程生成这些有效化合物代谢途径的能力。

一个编码参与吡咯烷类生物碱合成酶的已知基因的例子是喹啉磷酸核糖转移酶(QPT)基因，所述的QPT基因从烟草和黄花烟草中克隆的。见美国专利6,423,520及专利6,586,661及Sinclair et al.,Plant Mol.Biol.44:603-17(2000)。抑制QPT基因表达能显著降低转基因烟草植物中烟碱含量。Xie et al.,Recent Advances in Tobacco Science30:17-37(2004)。