[发明专利]用于操纵腺毛中的大麻素和其他化合物的毛状体特异性启动子

说明书

本技术提供了来自大麻的大麻素生物合成酶基因的毛状体特异性启动子、该毛状体特异性启动子的核苷酸序列以及该启动子用于调节生物体中大麻素和其他化合物的产生的用途。本技术还提供包含毛状体特异性启动子的嵌合基因、载体、以及转基因细胞和生物体，其包括植物细胞和植物。还提供了使用毛状体特异性启动子在细胞和生物体中表达核酸序列的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月20日提交的美国临时专利申请号62/397,212的优先权，其内容在此通过引用以其全部并入。

技术领域

一般而言，本技术涉及来自大麻的大麻素生物合成酶基因的毛状体特异性启动子，该毛状体特异性启动子的核苷酸序列，以及该启动子用于调节大麻素产生或用于调节生物体中生物化学物质的其他毛状体特异性产生的用途。本技术还涉及包含毛状体特异性启动子的转基因细胞和生物体，其包括植物细胞和植物。

背景技术

提供下面的描述以有助于读者理解。提供的信息或引用的参考文献都不被承认是现有技术。

植物毛状体是表皮突起，其包括分枝和未分枝的毛、囊泡、钩、刺和螫毛——覆盖叶、苞和茎。有两种主要类型的毛状体，可以根据它们产生和分泌或储存次级代谢物(即，腺毛和非腺毛)的能力来区分。非腺毛表现出低代谢活性并且主要通过物理手段为植物提供保护。相比之下，存在于许多植物物种(包括一些茄科物种(例如烟草、番茄)和大麻)的叶子上的腺毛具有高度代谢活性并积累代谢物，其可占叶干重的多达10-15％(Wagner et al.,Ann.Bot.93:3-11(2004))。腺毛能够分泌(或储存)次级代谢物作为防御机制。

大麻(Cannabis sativa L.)(大麻(cannabis)、大麻(hemp)、大麻(marijuana))是一种已经栽培了数千年的一年生草本植物，其含有一组独特的次级代谢物，称为大麻素，其构成一组单萜基团分子(terpenophenolics)。大麻素主要在腺毛中合成并积累，所述腺毛在雌花上以高密度存在并且在大麻植物的雄花上以较低密度存在。大麻素在毛状体贮藏腔中的积累对植物有益，因为已知大麻素对其他植物细胞具有细胞毒性，并已显示在大麻和烟草细胞悬浮培养物二者中诱导细胞凋亡(Sirikantaramas et al.,Plant CellPhysiol.46:1578-1582(2005))。大麻素通过三步生物合成过程形成：聚酮化合物形成、芳香族异戊二烯化和环化(图1)。大麻素途径由己酰基-CoA提供，所述己酰基-CoA的形成由己酰基-CoA合成酶催化。大麻素生物合成中的第一个酶促步骤是由四酮体(tetraketide)合成酶(TKS)(称为橄榄醇酸(olivetolic acid)合成酶(OLS1))形成3,5,7-三氧代癸酰-CoA。大麻素生物合成中的第二个酶促步骤是通过橄榄醇酸环化酶(OAC)形成橄榄醇酸。下一步是通过芳香族异戊烯转移酶使橄榄醇酸异戊二烯化形成大麻萜酚酸(CBGA)。CBGA是不同主要种类的大麻素生物合成的中心分支点中间体。CBGA的异戊二烯基侧链的可选环化产生Δ⁹四氢大麻酚酸(THCA)或其异构体，大麻二酚酸(CBDA)或大麻色烯酸(CBCA)。THCA和CBDA随后在储存或吸烟(smoking)期间通过非酶促反应脱羧，以分别产生Δ⁹-四氢大麻酚(THC)或大麻二酚(CBD)(图1)。