具有不易变化的高光适应表型的藻类突变体制造技术

本发明专利技术的名称是具有不易变化的高光适应表型的藻类突变体。本发明专利技术提供具有减少的叶绿素及增加的光合效率的突变光合微生物。所述突变体具有不易变化的高光适应表型，其中当使LIHLA突变体适应低光时，在LIHLA突变体中发现高光适应野生型细胞特有的许多光合参数，诸如叶绿素减少、NPQ减少、qP较高、E

Algal mutants with an unchangeable photoadaptive phenotype

【技术实现步骤摘要】
具有不易变化的高光适应表型的藻类突变体本申请是分案申请，原申请的申请日为2013年12月6日、申请号为2013800636398、专利技术名称为“具有不易变化的高光适应表型的藻类突变体”。相关申请的交叉引用本申请根据U.S.C.§119(e)要求2012年12月6日提交的美国临时专利申请第61/733,956号的优先权；2013年4月9日提交的美国临时专利申请第61/810,216号的优先权；2013年8月23日提交的美国临时专利申请第61/869,590号的优先权；以及2013年9月23日提交的第61/881,342号的优先权，所述各个专利申请的全部内容均以引用的方式并入本文中。序列表的引用本申请包含对已作为在2013年12月6日创建的文件大小331千字节(kb)的序列表文本文件“SGI1700-4WOSequenceListing_ST25.txt”同时随附提交的核酸序列的参考。前述序列表依据37C.F.R.§1.52(e)(iii)(5)以引用的方式全文并入本文中。专利
本专利技术涉及叶绿素含量减少且光合效率增加的藻类突变体。在一些实施方案中，本专利技术还涉及编码具有光适应的调节子的基因，包括所述调节子基因的至少一部分的构建体，以及使用此类构建体工程化光合微生物的方法。背景本专利技术涉及具有新颖光合特性的突变藻株，产生、鉴别和/或分离此类突变体的方法，以及编码调节光合作用的蛋白质的基因。在大规模开放的藻类生长系统中，培养物必须以相当高的培养密度和20-30cm左右的深度生长。这个培养环境提供显著的自遮蔽，确保每个细胞只经历较低的平均辐照水平。在这些条件下，藻类细胞的主要光合生理状态是低光适应状态，其特征在于与光合反应中心相关的相对大的辅助光捕集天线系统。然而，在每个个体细胞中较大的光捕集天线使培养物的自遮蔽加剧，导致甚至更低的平均辐照水平，这进一步引起反应中藻细胞的天线尺寸的增加。整体结果是培养物的光透射极低，确保开放生长系统的大部分在黑暗中。此外，大且有效的光捕集天线驱动在相对低的光强度下光合作用的饱和。因此在可获得光的池塘的表层中，显著部分的入射光超过驱动最大光合速率所要求的光。此过量辐照通过热通道消散且作为热失去。在开放的生长系统中光的利用效率很低，且已表明入射到池塘表面上的光合活性辐照的至多80％作为热失去。因此，低光适应反应通过增加自遮蔽和降低光合作用的饱和辐照水平来减少池塘培养物的整体光利用效率。用于减少藻类中光捕集天线尺寸的先前方法仅仅集中于天线上，直接靶向光捕集多肽的生物合成，或通过破坏叶绿素生物合成、蛋白质翻译控制或蛋白质定位机制来间接减少它们的装配或功能。因此，所获得的色素减少的藻株常常在光捕集、电子传递和碳固定方面不平衡，这可不利地影响培养物生产率。大多数光合自养生物适应不同水平的辐照以便在光有限条件下最大化光捕获或避免在高辐照下过量捕集激发能量的潜在地有害影响。对辐照的适应反应最明显的特征是色素沉着水平的变化，通常与辅助光捕集天线的丰度变化有关。然而，适应辐照很大程度上是一种多效性反应，涉及在光合作用机构和整个有机体内的多个程度的组成和功能的变化。在产氧光合自养生物中适应辐照的调节定义不清，且对潜在的调节网络的更多了解可使光合作用机构的组成和功能得以有益操纵。概述本专利技术描述了一种筛选程序的结果，所述程序偏向于分离保留天然高光适应的光合生理状态的尽可能多的特征的突变体，包括减少的光捕集天线，与光合过程的所有其它方面相当。这种正向遗传筛选(称为不易变化的高光适应(LIHLA)筛选)，经特别设计用来分离与对辐照的光合适应相关的全局调节组分。基于LIHLA筛选的实施，我们提供编码新颖的光适应调节子的基因(LAR1、LAR2和LAR3)。通过转录组学和光合生理分析，这些基因表明是对辐照的光合适应的全局调节子。在一个方面，本文中提供了具有“不易变化的高光适应”或“LIHLA”表型的藻类突变体，其中所述突变体在高和低的光强度下均表现出高光适应藻细胞的光合特性。突变体的特征在于每个细胞叶绿素量减少，并且与野生型细胞比较，在低光条件下可表现出，例如，每个细胞叶绿素减少20％或更多，且优选地每个细胞叶绿素减少25％或更多、30％或更多、40％或更多或50％或更多。此外，当LIHLA突变体和野生型细胞均适应低光时，相对于野生型细胞，LIHLA突变体具有以下光合特性的至少一种：在大于400μE·m-2·s-1的所有生理相关光强度下光化学淬灭(qP)增加(例如，在大于350μE·m-2·s-1、大于300μE·m-2·s-1、大于250μE·m-2·s-1或大于200μE·m-2·s-1的所有生理相关光强度下)；基于每个叶绿素，最大光合速率(Pmax)增加，其中基于每个细胞，突变体具有野生型细胞的Pmax的至少70％，且优选具有75％或更多、80％或更多、85％或更多、90％或更多，或与野生型细胞基本上相同的最大光合速率(Pmax)或基于每个细胞，与野生型细胞相比具有更高的Pmax；在较高的辐照水平下光合作用饱和(较高的Ek)；响应于增加的光强度，非光化学淬灭(NPQ)延迟发生；在大于500μE·m-2·s-1，例如，在大于450μE·m-2·s-1、大于400μE·m-2·s-1、大于350μE·m-2·s-1、大于300μE·m-2·s-1、大于250μE·m-2·s-1、大于200μE·m-2·s-1、大于150μE·m-2·s-1或大于100μE·m-2·s-1的所有生理相关辐照下NPQ的水平减少。此外，LIHLA突变体可具有对于光合系统II而言最大的电子传递速率(ETRPSII)，至少与野生型细胞的ETRPSII一样高，且优选为野生型ETRPSII的速率的至少约1.5倍，或野生型ETRPSII的速率的至少约2倍。在一些例子中，LIHLA突变体相对于野生型细胞具有至少20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％的叶绿素减少，相对于野生型细胞在大于400μE·m-2·s-1的所有生理相关光强度下表现出光化学淬灭(qP)增加；基于每个叶绿素，最大光合速率(Pmax)增加(例如为野生型细胞的Pmax的至少1.5倍，例如为野生型细胞的Pmax的至少2倍)，以及基于每个细胞，具有野生型细胞的Pmax的至少75％或至少80％；与野生型相比，在较高的辐照水平下经历光合作用饱和(较高的Ek)；与野生型细胞相比，响应于增加的光强度，表现出NPQ延迟发生；且当LIHLA突变体和野生型细胞均适应低光时，与野生型细胞相比，在大于约500μE·m-2·s-1的所有辐照下具有较低的NPQ水平。此外，LIHLA突变体可具有最大的PSII电子传递速率(ETRPSII)，其至少与野生型PSII电子传递速率相等，且可例如为野生型PSII电子传递速率的大约1.5倍或更大。此外，LIHLA突变体可具有最大的PSI电子传递速率(ETRPSI)，其与野生型PSI电子传递速率基本上相等或比野生型PSI电子传递速率更高。此外，包含LIHLA突变体的培养物(其中培养物暴露于来自光源的光)与包含可比较的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在适应低光时解除调节的藻类突变体，其中所述藻类突变体相对于相同株的野生型藻类表现出在低光条件下叶绿素减少，并且表现出在高于300μE·m

【技术特征摘要】
20121206 US 61/733,956;20130409 US 61/810,216;20131.一种在适应低光时解除调节的藻类突变体，其中所述藻类突变体相对于相同株的野生型藻类表现出在低光条件下叶绿素减少，并且表现出在高于300μE·m-2·s-1的所有生理相关辐照下较高的光化学淬灭(qP)；进一步其中所述藻类突变体在编码光适应的调节子的基因中突变，其中所述光适应的调节子是：
LAR2蛋白(SEQIDNO:6)、No-LAR2蛋白(SEQIDNO:21)或与SEQIDNO:6或SEQIDNO:21具有至少60％同一性的所述LAR2蛋白的同源物；或
LAR3蛋白(SEQIDNO:63)、No-LAR3蛋白(SEQIDNO:66)或与SEQIDNO:63或SEQIDNO:66具有至少60％的同一性的所述LAR3蛋白的同源物。


2.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述叶绿素的减少是相对于相同株的野生型藻类的至少20％减少。


3.根据权利要求2所述的藻类突变体，其中所述叶绿素的减少是相对于相同株的野生型藻类的至少30％减少。


4.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体与在其下非光化学淬灭(NPQ)的发生在相同株的野生型藻类中发生的所述辐照相比在较高辐照下表现出NPQ的发生。


5.根据权利要求4所述的藻类突变体，其中所述突变体与相同株的野生型藻类所表现出的NPQ相比在高于400μE·m-2·s-1的所有生理辐照下表现出较低的NPQ。


6.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体具有与相同株的野生型藻类相比大致相同的最大光合速率(Pmax)或更高的Pmax。


7.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体具有与相同株的野生型藻类相比较高的饱和辐照用于光合作用(Ek)。


8.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体的培养物与相同株的野生型藻类的培养物相比具有更多光透射进入所述培养物中。


9.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体表明至少20个光响应性基因的解除调节。


10.根据权利要求9所述的藻类突变体，其中所述光响应性基因的转录物丰度在所述突变体中相对于野生型细胞相差至少log21.0。


11.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体已通过UV照射、γ照射或化学诱变产生。


12.根据权利要求1所述的藻类突变体，其中所述突变体是基因工程化的突变体。


13.根据权利要求12所述的藻...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·贝利，J·迈凯伦，S·L·利伯曼，J·E·穆泽，A·E·罗马诺，D·伊，L·索里亚戈，R·C·布朗，J·C·威丝曼，R·C·普林斯，R·D·尼耳森，A·S·施瓦兹，
申请(专利权)人：合成基因组股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US