[发明专利]转基因植物中生育酚含量的操纵

说明书

本发明涉及编码牻牛儿牻牛儿还原酶的新的核酸序列、一种用于产生新植物的方法，所述植物含有新的核酸序列并且与野生型植物相比所述植物的生育酚和／或叶绿素的含量被改变，本发明涉及这些新的植物、其部分和产物与植物细胞以及所述的核酸序列用于操纵转基因植物、其部分和产物以及植物细胞中的生育酚、叶绿素和／或维生素K₁的含量的用途。

在植物的类异戊二烯代谢中，以C₂₀-中间体的形式生成双萜化合物牻牛儿牻牛儿焦磷酸(GGPP)。它是由向法尼焦磷酸这种C₁₅-倍半萜中加入一个单位的异戊烯焦磷酸(IPP)而产生的。GGPP进入植物次级代谢的几条合成途径。例如，可以使两分子的GGPP“尾对尾”地连接起来以得到C₄₀-体这种四萜，通常称之为类胡萝卜素并且例如β-胡萝卜素属于这类物质。通过加入更多的IPP分子，GGPP进一步进入诸如橡胶(rubber)和杜仲胶之类的多萜类的生物合成中。

此外，可以将GGPP转化成其它的双萜、比如叶绿焦磷酸(PPP)。C₂₀-体叶绿醇在生育酚的生物合成(Soll与Schulz(1981)《生物化学与生物物理学研究通讯》99，907-912)和叶绿素的合成(Beale与Weinstein(1990)在：《血红素和叶绿素的生物合成》(Daily H．A．编辑)McGraw Hill，NY，287-391)中是一种必须的中间体。当所有叶绿素(叶绿素a，b，c等)的基本结构是由四个吡咯环组成的卟啉系时，其中通过类似于酯键的键穿过吡咯环Ⅳ将叶绿醇结合到所述的卟啉系上，生育酚的特征在于由尿黑酸和叶绿醇尾组成的结构。

通常称作维生素E的生育酚一族的物质包括若干种结构密切相关的亲脂的维生素，即α-、β-、γ-、δ-和ε-生育酚，其中在生物学领域中α-生育酚是最重要的。在许多植物油中可以发现生育酚，其中特别富含生育酚的是大豆、小麦、玉米、水稻、棉花、苜蓿和坚果的种子油。同样，水果和蔬菜、例如木莓、菜豆、豌豆、茴香、胡椒等也含有生育酚。就目前所知，生育酚仅仅在植物和具有光合作用活性的生物体中合成。

由于其氧化还原电位，生育酚有助于避免由空气中的氧气氧化不饱和脂肪酸；α-生育酚是人体内最重要的亲脂的抗氧化剂。据假定由于其起到了抗氧化剂的作用，因此生育酚有助于生物膜的稳定，这是因为所述膜的流动性是通过保护膜脂的不饱和脂肪酸来维持的。而且，根据近来的观察，定期地摄取相对高剂量的生育酚可以阻碍动脉硬化的形成。此外，已经描述了生育酚的积极的生理特性和影响，诸如推迟与糖尿病相关的晚期损伤、降低白内障形成的危险性、减少吸烟者中的氧化应激反应(stress)、抗致癌作用、防止诸如红斑(erythremes)和皮肤老化等的皮肤损伤的保护作用。

由于其氧化抑制特性，因此生育酚不仅用于食品技术应用领域，而且用于以天然油为基料的涂料、除臭剂以及其它诸如防晒剂、皮肤护理剂、口红等的化妆品中。在这些应用中，对于在促进循环和脂质还原剂中用作维生素E以及在兽医应用中用作食品添加剂而言，类似于醋酸生育酚和琥珀酸生育酚这样的生育酚化合物是常用的应用形式。

在生育酚的生物合成中、尤其是在α-生育酚的生物合成中，人们相信叶绿焦磷酸是限制因子。先前的研究表明PPP是通过类异戊二烯基团的顺序氢化由GGPP生成的，在该反应过程中，二氢-GGPP和四氢-GGPP作为中间体而生成(GGPP-＞二氢-GGPP-＞四氢-GGPP-＞PPP；例如参阅Bollivar等人(1994)《生物化学》33，12763-12768)。

正如目前假定的那样，GGPP至PPP的逐步的氢化是由牻牛儿牻牛儿还原酶(GGPP还原酶，又称作牻牛儿牻牛儿焦磷酸氢化酶和GGPP氢化酶)催化的，其中所述酶是由植物中的Chl P基因编码的。牻牛儿牻牛儿还原酶属于类异戊二烯代谢过程并且在两条代谢途径、即生育酚的生物合成和叶绿素的生物合成中发挥作用。