[发明专利]转录因子NtERF221及其使用方法

说明书

本发明技术提供了用于改变植物代谢的转录因子和编码这样的转录因子的核酸分子。还提供了使用这些核酸来调节植物的生物碱产生和产生生物碱含量改变的植物和植物细胞的方法。本文公开了用于调节植物的烟碱生物合成的方法和组合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月5日提交的美国临时专利申请号62/882,860的优先权，将其内容通过引用以其整体特此并入。

技术领域

本发明技术总体上涉及用于改变植物代谢的转录因子、编码此类转录因子的核酸分子、以及使用这些核酸来调节植物的生物碱产生及产生生物碱含量改变的植物和植物细胞的方法。

背景技术

提供以下描述以帮助读者理解。所提供的信息或所引用的参考文献均不被承认是现有技术。

吡啶生物碱作为毒性化合物在植物防御草食动物和昆虫攻击的机制中发挥着关键作用(Sisson和Severson 1990；Facchini,2001；Voelckel等人,2001；Kessler和Baldwin,2002；Kessler等人,2004；Steppuhn等人,2004；Dewey和Xie,2013)。在烟草(普通烟草(Nicotiana tabacum L.))植物中，烟碱通常占总生物碱的约90％，降烟碱、新烟碱和安那他品构成余下10％中的大部分(Saitoh等人,1985)。在没有食草昆虫的情况下，植物仅产生基础水平的烟碱，这是由于新陈代谢成本的缘故(Baldwin,1998)。然而，此水平会响应于创伤而迅速升高(Saunders和Bush,1979；Baldwin,1988；Baldwin,1989)。认为创伤诱导的茉莉酸(JA)及其衍生物(如甲基茉莉酸(MeJA))的生物合成和转运是从枝到根的损伤信号，从而促进烟碱及其他生物碱的生物合成(Baldwin,1989；Baldwin等人,1994)。

烟碱只在烟草的根部合成，随后经由木质部移位到植物的地上部分，最终通过多药和毒性化合物外排(MATE)转运蛋白的介导移动到叶肉细胞的中央液泡中(Dawson,1942；Saunders,1979；Baldwin 1989；Kitamura等人,1993；Wink和Roberts,1998；Morita等人,2009；Shoji等人,2009；Shitan等人,2014)。在过去的几十年里，已经对编码烟碱生物合成途径中的酶的基因进行了鉴定和研究(Bush等人,1999；Ziegler和Facchini,2008；Shoji和Hashimoto,2011；Dewey和Xie,2013；以及图1)。在生物化学方面，烟碱是通过烟酸(吡啶环)和N-甲基-Δ¹-吡咯啉鎓阳离子(吡咯烷环)的缩合形成的(Hashimoto和Yamada,1994)。吡咯烷环的形成始于通过腐胺N-甲基转移酶(PMT)从二胺腐胺转化为N-甲基腐胺，二胺腐胺通过精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)由精氨酸和鸟氨酸合成(Hibi等人,1992；Imanishi等人,1998；Riechers和Timko,1999；Bortolotti等人,2004；Xu等人,2004)。然后N-甲基腐胺被N-甲基腐胺氧化酶(MPO)氧化和环化以形成N-甲基-Δ¹-吡咯啉鎓阳离子(Heim等人,2007；Katoh等人,2007)。衍生自天冬氨酸的吡啶环涉及由天冬氨酸氧化酶(AO)、喹啉酸合酶(QS)和喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPT)控制的烟酸二核苷酸(NAD)的生物合成(Sinclair等人,2000；Katoh等人,2006；Ryan等人,2012)。最终的烟碱环偶联是由PIP家族异黄酮还原酶样酶(A622)和小檗碱桥接酶样酶(BBL)介导的(DeBoer等人,2009；Kajikawa等人,2009；Kajikawa等人,2011)。