本發明專利技術公開了擬南芥At168基因在提高作物賴氨酸和/或蛋白質含量中的應用。其中的一個應用是培育高賴氨酸含量和/或高蛋白質含量的轉基因植物的方法。該方法包括如下步驟：將At168基因導入目的植物中，得到具有如下1)-3)中至少一種性狀的轉基因植物：1)賴氨酸含量和蛋白質含量均高于所述目的植物；2)賴氨酸含量高于所述目的植物；3)蛋白質含量高于所述目的植物；所述At168基因編碼序列表中序列2所示蛋白質。本發明專利技術的At168基因可以顯著提高轉基因作物種子中賴氨酸和蛋白質含量，可用于提高作用營養品質。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及來源于擬南芥的一個蛋白質和基因的用途，特別涉及擬南芥Atl68基因在提高作物賴氨酸和/或蛋白質含量中的應用。
技術介紹
賴氨酸作為人和單胃動物所必需的氨基酸，在主要禾谷類作物如玉米、水稻、小麥的種子中含量很低，成為主要的限制性氨基酸，嚴重影響了其營養品質。玉米中蛋白質的合成受到120多個基因的控制，基因之間關系復雜，通常至少要選擇10代以上才能得到目的性狀的株系。隨著生物技術的發展，采用傳統育種與分子育種相結合，可以打破物種生殖隔離的障礙，實現物種之間基因的自由交流。而利用植物基因工程改良作物營養及加工品質，其應用潛力不僅僅在于提高初級農產品本身的價值，還涉及到加工成本的降低、加工工藝的簡化、產品市場競爭力的提高等多個環節。目前，通過轉基因途徑提高作物中的賴氨酸含量，主要有以下幾個途徑I、人工改造或設計高賴氨酸蛋白基因美國先鋒公司(Pioneer Hi-bred Inc.)通過改造天然的基因編碼序列，用必需氨基酸替代天然蛋白中的部分非必需氨基酸，獲得了賴氨酸含量占14%的蛋白基因，將改造好的基因轉入植物，可以提高作物的賴氨酸含量。先鋒公司對該研究方法擁有專利 (W09410315)。另外,少數文獻報道了從頭合成(de novo synthesis)高賴氨酸蛋白基因的工作，是設計出自然界不存在的基因，因此難以全面了解其所編碼的蛋白的特性，目前只在模式植物(煙草)的種子上獲得表達(Othani et al. Normal andlysine-containing zeins are unstable in transgenic tobacco sweeds. Plant Mol Biol 1991,16(I) :117-128; Keeler et al. Expression ofde novo high—lysine a -helical coiled—coil proteins maysignificantIy increase the accumulated levels of lysine in matureseeds of transgenic tobacco plants. Plant Mol Biol. 1997, 34 :15-29.)。2、改變氨基酸的合成和代謝途徑賴氨酸的合成受兩個關鍵酶——二氫吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)和天冬氨酸激酶(AK)的調控。酶的活性受產物的反饋抑制。用突變的方法篩選出對賴氨酸不敏感的AK和DHDPS，將對賴氨酸不敏感的AK和DHDPS基因轉入植物，可以提高植物中游離賴氨酸的含量(Perl et al. Regulation of lysine synthesis in transgenic potato plantsexpressing a bacterial dihydrodipicolinate synthase in theirchloroplasts. Plant Mol Biol, 1992,19 :815-823)。杜邦公司(Du PontCo.)在該研究領域擁有專利(US5773691)。Falco等將編碼對賴氨酸不敏感的谷氨酸棒狀桿菌的DHDPS的dapA基因與菜豆種子的蛋白特異啟動子連接轉化油菜，發現轉基因油菜的種子中游離賴氨酸的積累增加了 100多倍。但游離賴氨酸在大豆及油菜種子中的高水平積累會影響種子的飽滿度和發芽率(Falco et al. Transgenic canola and soybean seedswithincreased lysine. Bio/Technol. 1995,13 :577-582)。3、降低醇溶蛋白含量，增加賴氨酸含量美國新澤西大學和孟山都公司的研究人員應用RNA干擾技術，抑制玉米種子中 22KD(Segal et al. A new opaque variant of maize by a singledominant RNA-interference-inducing transgene. Genetics,2003,165(I) :387-397)或19KD(Huang et al. Generation of marker-freetransgenic maize by regular two-border Agrobacteriumtransformation vectors. Transgenic Res, 2004,13 (5) :451-461)酉享溶蛋白基因的表達，降低籽粒中22KD或19KD醇溶蛋白的含量，結果使玉米籽粒中賴氨酸含量比對照提高了 15% -20%，但讓人遺憾的是轉基因玉米的籽粒表型同o2突變體一樣，籽粒軟質，易感病，不易貯存。后來，孟山都公司的Huang等(2005)把兩種不同的轉基因玉米雜交，得到同時轉19KDRNAi和dapA(來自微生物對賴氨酸不敏感的二氫吡啶二羧酸合成酶基因)的植株，其F1籽粒中總賴氨酸的含量由對照的0. 27%提高到0. 55% -0. 62%，接近o2 基因的水平，但其籽粒的表型缺陷(軟質胚乳)仍然存在(Huang etal. High-Iysine corn produced by the combination of enhanced lysinebiosynthesis and reduced zein accumulation. Plant Biotech J，2005，3 :555-569)。4、引入外源優質蛋白基因1997年美國夏威夷大學的辛世文等從四棱豆中分離得到一個高賴氨酸蛋白基因 (W09707665)，該基因所編碼的蛋白質賴氨酸含量約為11% (質量比)。但研究發現該蛋白是一個過敏原，因此使其應用受到限制。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供蛋白質Atl68及編碼核酸分子的新用途，所述蛋白質Atl68的氨基酸序列如序列表中序列2所示。序列表中的序列2由168個氨基酸殘基組成，賴氨酸含量為20.3% (質量比)。本專利技術所提供的一種新用途是培育高賴氨酸含量和/或高蛋白質含量的轉基因植物的方法。本專利技術所提供的培育高賴氨酸含量和/或高蛋白質含量的轉基因植物的方法，包括如下步驟將Atl68基因導入目的植物中，得到具有如下I) -3)中至少一種性狀的轉基因植物1)賴氨酸含量和蛋白質含量均高于所述目的植物；2)賴氨酸含量高于所述目的植物；3)蛋白質含量高于所述目的植物；所述Atl68基因是編碼序列表中序列2所不蛋白質的DNA。其中所述Atl68基因可先進行如下修飾，再導入宿主中，以達到更好的表達效果I)根據實際需要進行修飾和優化，以使基因高效表達；例如，可根據受體植物所偏愛的密碼子，在保持本專利技術蛋白質Atl68的氨基酸序列的同時改變其密碼子以符合植物偏愛性；優化過程中，最好能使優化后的編碼序列中保持一定的GC含量，以最好地實現植物中導入基因的高水平表達，其中GC含量可為35%、多于45%、多于50%或多于約60% ；2)修飾鄰近起始甲硫氨酸的基因序列，以使翻譯有效起始；例如，利用在植物中已知的有效的序列進行修飾；3)與各種植物表達的啟動子連接，以利于其在植物中的表達；所述啟動子可包括4組成型、誘導型本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙倩，于靜娟，朱登云，文柳瓔，申二麗，常玉潔，敖光明，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：
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