[发明专利]编码β－淀粉酶的核酸分子,合成一种改性淀粉的植物,制备方法及应用

说明书

本发明涉及编码具有马铃薯β-淀粉酶活性的蛋白质的核酸分子，以及制备转基因植物细胞及制备合成改性淀粉的植物的方法。此外，本发明涉及含有根据本发明的核酸分子的载体和宿主细胞，用根据本发明的方法产生的植物细胞和植物，根据本发明的植物细胞和植物合成的淀粉，涉及产生所述淀粉的方法。

考虑到植物组分作为可再生资源的逐渐提高的重要性，生物技术研究努力使基于植物的粗原料符合加工工业的要求。因此，为了能在尽可能多的应用领域中利用可再生资源，必须能获得多种材料。

油、脂肪和蛋白质以及多糖组成了植物的重要可再生资源。多糖中的主要位置不仅被纤维素而且被淀粉所占据，淀粉是高等植物中最重要的贮藏物质之一。玉米、稻和小麦以及马铃薯尤其在淀粉生产中起重要作用。    

多糖淀粉是化学均一单元一葡萄糖分子的多聚体。然而，它是在聚合程度和葡萄糖链中分支存在等方面不同的不同形式分子的高度复杂混合物。因此淀粉不是均一的原料。具体地，我们区分为直链淀粉-α-1,4-糖苷键连接的葡萄糖分子的基本无分支的多聚体，和支链淀粉一其依次组成了不同分支的葡萄糖链的复杂混合物。由于额外α-1,6-糖苷键的存在产生分支。在用于淀粉生产的典型植物如玉米或马铃薯中，合成淀粉由大约25％的直链淀粉和大约75％的支链淀粉组成。

主要取决于分支程度、直链淀粉/支链淀粉比率、侧链的平均长度和分布、和磷酸基团的存在的淀粉分子结构，对于淀粉及其水溶液的重要功能性质是最重要的。必须提到的重要功能性质是，例如，可溶性、退减行为、成膜特性、粘度、颜色稳定性、胶凝特性和结合及粘附特性。淀粉颗粒大小对于不同用途也可能是重要的。富含直链淀粉的淀粉的产生对于某些用途也是特别有意义的。此外，植物细胞中所含的改性淀粉可有利地改变植物细胞在某些条件下的行为。例如，在进一步加工如淀粉提取之前，在含淀粉器官如种子或块茎的贮藏期间降低淀粉降解是可行的。生产改性淀粉使含该淀粉的植物细胞或植物器官更适于加工也是有意义的，例如在食品制造中，如由玉米制造爆米花或玉米片，或由马铃薯制造炸薯片、炸薯条或马铃薯粉。特别有意义的是淀粉在降低冷甜化方面的改进，即在低温下长时间贮藏后还原糖(特别是葡萄糖)的释放减少。马铃薯通常贮存于4-8℃的温度下，以使贮存期间的淀粉降解减至最小。该过程中释放的还原糖(特别是葡萄糖)在炸薯片或炸薯条的生产中导致不希望的产褐色素反应(所谓的美拉(Maillard)反应)。

能从植物中分离的淀粉常通过化学修饰以符合特定工业目的，这种修饰通常需要时间和金钱。因此希望发现这种可能性，即产生可合成其性质已满足加工工业特殊需要的淀粉的植物，从而将经济与生态优势结合起来。

除了植物繁殖法外，产生这类植物的一种可能性是利用重组方法直接遗传修饰产淀粉植物的淀粉代谢。但是，其前提条件是参与淀粉合成修饰和淀粉降解(淀粉代谢)的酶的鉴定与表征，和编码这些酶的相应DNA序列的分离。

引起淀粉合成的生物化学途径基本已知。在植物细胞中，淀粉合成在质体中发生。在光合活性组织中，这些质体是叶绿体，在无光合活性组织中，淀粉贮藏组织是造粉体。

参与淀粉合成的重要酶是，例如分支酶、ADP葡萄糖焦磷酸化酶、颗粒结合淀粉合酶、可溶性淀粉合酶、脱支酶、歧化酶、质体淀粉磷酸化酶和R1酶(R1蛋白)、淀粉酶或葡糖苷糖。

本发明的一个目的在于提供其它或备择的重组方法，用于改变合成淀粉植物(例如黑麦、大麦、燕麦、玉米、小麦、高梁和谷子、西米、稻、豌豆、大豌豆(marrowfat pea)、木薯、马铃薯、番茄、油籽油菜、大豆、大麻、亚麻、向日葵、豇豆、绿豆、菜豆、香蕉或竹芋)中的淀粉代谢方法是用适当的能转化植物细胞的核酸分子，使得能合成有利改变的淀粉变种。

这些改变的淀粉变种例如在其分支程度、直链淀粉/支链淀粉比率、磷酸含量、淀粉颗粒大小和/或侧链的平均长度和分布(即侧链结构)等方面显示改变。

本发明的另一目的在于提供能产生可合成一种经修饰的淀粉种类的转基因植物的方法。

令人惊讶地，用根据本发明的核酸分子转化的转基因植物合成一种淀粉，其在物理化学性质和/或侧链结构方面以特定方式被修饰，使得通过提供权利要求书中详述的应用形式，达到上述的这些目的。

因此本发明涉及一种编码具有马铃薯β-淀粉酶功能的蛋白质之核酸分子，其选自

a)编码涵盖SEQ ID NO.2所述氨基酸序列或其衍生物或部分的蛋白质之核酸分子，