[发明专利]在植物种子中产生类胡萝卜素化合物及特制油的方法

说明书

本发明是1997年8月8日申请的08/908,758号申请的部分继续申请，而08/908,758号申请是1996年8月9日申请的60/024,145号申请的部分继续申请。

发明领域

本发明涉及植物、植物细胞和种子的遗传学修饰，特别是改变类胡萝卜素的生物合成，以及脂肪酸组成。

发明背景

类胡萝卜素是广泛应用的色素，当存在于绿色植物、某些霉菌、酵母和细菌中时，它们是黄-橙-红色脂类。类胡萝卜素烃类被称为胡萝卜素，而其氧化衍生物被称为叶黄素类物质(xanthophylls)。类胡萝卜素是较大的类异戊二烯生物合成途径的一部分，该途径除产生类胡萝卜素之外还产生叶绿素和生育酚、维生素E活性剂等化合物。植物中的类胡萝卜素途径产生胡萝卜素，如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和番茄红素，以及叶黄素类物质，如叶黄素(lutein)。

类胡萝卜素的生物合成涉及两个分子的C₂₀前体香叶基PP_i的缩合产生第一个C₄₀烃八氢番茄红素。在一系列的依次去饱和作用后，八氢番茄红素产生番茄红素，番茄红素是环状胡萝卜素β-胡萝卜素和α-胡萝卜素的前体。叶黄素类物质的玉米黄质和叶黄素分别通过β-胡萝卜素和α-胡萝卜素的羟基化作用形成。

β-胡萝卜素是色谱范围为黄色至橙色的胡萝卜素，其大量存在于胡萝卜的根部及植物的绿叶中。β-胡萝卜素可用作着色物质并也是哺乳动物中维生素A的前体。目前商业生产β-胡萝卜素的方法包括从胡萝卜中分离、化学合成和微生物生产。

某些农作物和一种油料种子作物已知具有可观水平的类胡萝卜素，已表明摄入这些类胡萝卜素的天然来源可以提供各种保健作用，下表中提供了已报道的各种植物种类中的类胡萝卜素水平。

                各种作物的类胡萝卜素含量

                        (μg/g)作物        β-胡萝卜素    α-胡萝卜素     番茄红素     叶黄素       总计胡萝卜        30-110         10-40           0-0.5        0-2        65-120胡椒(绿)      2              -               -            2          8胡椒(红)      15             1               -            -          200南瓜          16             0.3             痕量         26         100番茄          3-6            -               85           -          98西瓜          1              痕量            19           -          25金盏花瓣      5              4               -            1350       1500红棕榈油      256            201             8            -          545

已研究了各种生物体中类胡萝卜素的生物合成途径并已阐明了从细菌至高等植物等各种生物体的该生物合成途径，例如参见Britton，G.(1988)类胡萝卜素的生物合成，p.133-182，在T.W.Goodwin编辑的植物色素一书中，1988，学术出版公司(伦敦)有限公司，伦敦。已从各种生物体中克隆了类胡萝卜素生物合成基因，所述生物体包括噬夏孢欧文氏杆菌(Misawa等(1990)，细菌学杂志172：6704-6712)；草生欧文氏杆菌(国际申请WO91/13078，Armstrong等(1990)，美国科学院院刊87：9975-9979)；R.capsulatus(Armstrong等(1989)，分子普通遗传学216：254-268，Romer等(1993)，生物化学生物物理研究通讯196：1414-1421)；Thermus thermophilus(Hoshino等(1993)，应用环境微生物学59：3150-3153)；蓝细菌Synechococcus(Genbank登录号X63873)。还参见国际申请WO96/13149及其中引述的参考文献。