【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及转基因植物中动物血红素蛋白的产生。本公开还涉及包括基因工程化植物中产生的重组血红素蛋白的食物组合物。本公开还涉及用于在转基因植物和转基因种子中产生动物血红素蛋白的改善的表达盒，所述转基因种子包括所选调节元件和经密码子优化的蛋白质编码序列，所述经密码子优化的蛋白质编码序列导致植物种子中重组蛋白的显著高(例如，>5％、>8％和>10％总可溶性蛋白[tsp])的表达水平。
技术介绍
1、气候变化以及预期到2050年全球人口将增长到97亿，要求人们采取更可持续的生活方式实践。畜牧业生产供应了大部分膳食蛋白质；然而，畜牧业导致全球约18％的温室气体排放(stehfest等人，(2009)，《气候变化(clim.change)》95：83)。预计到2050年，由畜牧业生产导致的这些温室排放将增加80％(tilman和clark，(2014)，《自然(nature)》515：518)。
2、肉类生产面临其它问题，如高资源摄入、肉类中抗生素残余物的存在、人畜共患疾病(zoonotic disease)以及与剥削动物相关的道德问题。如2型糖尿病、心血管疾病和癌症等公共卫生问题也与肉类消耗相关(zhang等人，(2022)，《食品科学当前评论(curr.opin.food sci.)》43：43)。尽管存在这些问题，但肉类在人类饮食中仍具有特殊地位，并且需求量持续空前增长。在过去二十年里，全球肉类需求增长了58％。研究预测，到2050年，肉类消耗总量将增长62-144％(alexandratos和bruins
3、提议的减轻畜牧业生产和消耗的努力包含转向基于植物的蛋白质饮食。由于基于植物的蛋白质的健康益处、环保生产、动物福利以及基于消费者口味的好奇心，因此对所述基于植物的蛋白质的需求正在上升(johansson，(2019)查尔姆斯理工大学硕士论文(master′s thesis chalmers university of technology)；世界卫生组织(world healthorganization)，(2015)，www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight)。对91篇文章的综述发现，消费者对基于植物蛋白的肉类替代品的接受度最高，其次是人造肉(cultured meat)(onwezen等人，(2021)，《食欲(appetite)》，159：105058)。然而，基于植物的肉类替代品的生产仍面临一些挑战，如肉状颜色、风味、营养价值和结构的重建(zhang等人，(2022)，《食品科学当前评论》43：43)。
4、基因工程化代表一种用于升级基于植物的重组蛋白产物的便利策略。当用作成分或与原始植物部分整体一起使用时，植物中的这些重组蛋白质可以帮助在人类饮食中取代基于动物的蛋白质并提供所期望的感官性质。重组蛋白在植物中的表达可以帮助以其天然形式或当用作成分时升级其颜色、风味、营养价值和结构。本公开提供了一种在转基因植物和其种子中以高表达水平产生关键动物血红素蛋白的解决方案。
5、先前已经做出了一些在植物中表达植物源性血红素蛋白以进一步生产食物产品的努力。例如，美国专利申请公开us2019292555公开了在醇诱导型启动子的控制下表达大豆豆血红蛋白lbc2的稻米和拟南芥转基因植物。本公开的专利申请未示出与重组豆血红蛋白的表达水平相关的任何数据。
6、美国专利申请公开us2019292217描述了过表达世界血红素生物合成通路(谷酰基-trna还原酶(glutr)结合蛋白)的酶以及大豆豆血红蛋白的表达的转基因拟南芥(arabidopsis thaliana)植物。文档不提供关于豆血红蛋白的表达水平的任何数据。
7、国际申请公开wo2022072846公开了关于表达具有改变的脂肪酸谱和上调的血红素生物合成的血红素蛋白的转基因植物的信息，但没有实验。
8、国际申请公开wo9902687公开了一种通过表达稻米血红蛋白或拟南芥血红蛋白来增加转基因稻米植物中铁含量的方法；然而，转基因植物示出低血红蛋白表达水平。
9、研究公开了本氏烟草(nicotiana benthamiana)中人肌红蛋白的产生(carlsson等人，(2020)，《科学报告(sci.rep.)》10：1)。此文档未示出关于将血红素加载到重组肌红蛋白的数据，也未示出此重组蛋白的功能或正确结构折叠，也未示出所述重组蛋白并入到食物产品中的数据。
10、然而，这些在植物中产生血红素蛋白的尝试并未导致植物种子中重组血红素蛋白表达的高水平(例如，>5％tsp)。分子农场(molecular farming)研究集中于通过核转化表达基因，稳定转化的植物中重组蛋白的平均表达水平为0.5％-2％tsp(fischer和emans，(2000)，《转基因研究(transgenic res.)》9：279；shanmugaraj等人，(2020)，《植物(plants)》，9：842)。植物中产生的这些重组蛋白质主要是药物蛋白、用于诊断、研究和化妆品行业的蛋白质。在叶绿体中，研究人员已经实现了重组蛋白表达的更高产率，其中来自植物的范围为3-46％tsp(dhingra和daniell，(2006)，《拟南芥方案(arabidopsisprotocols)》，245；shanmugaraj等人，(2020)，《植物》，9：842)。在叶绿体中表达的前述重组蛋白主要是药物，但还包含除草剂抗性基因。在种子中，重组蛋白累积至较低平均浓度(0.05-1％tsp)(jaeger等人，(2002)，《自然生物技术(nat.biotechnol.)》20：1265；shanmugaraj等人，(2020)，《植物》，9：842)。然而，独立研究已鉴定出在植物种子中产生显著更高水平的蛋白质的调节元件(jaeger等人，(2002)，《自然生物技术》20∶1265；ishimoto等人，(2012)，《生物科学、生物技术与生物化学(biosci.biotechnol.biochem.)》76：2142；wadahama等人，(2012)，《植物生理学(plant physiol.)》158：1395；goossens等人，(1999)，《植物生理学》120：1095；diamos和mason，(2018)，《植物生物技术杂志(plantbiotechnol.j.)》16：1971)。这些研究已报道了如拟南芥和烟草等模型物种的种子中至多15-36％tsp(jaeger等人，(2002)，《自然生物技术》20：1265；goossens等人，(1999)，《植物生理学》120：1095)。然而，这些独立研究中没有一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种转基因植物、植物组织或植物细胞，其包括编码血红素蛋白的外源性核酸，其中所述核酸与种子特异性启动子和转录终止子可操作地连接，其中所述血红素蛋白在种子中以至少约5％总可溶性蛋白(TSP)的量表达。
2.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述核酸与转录或翻译增强子可操作地连接。
3.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白在所述种子中以至少约8％TSP的量表达。
4.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白在所述种子中以至少约10％TSP的量表达。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白包括植物源性血红素蛋白、微生物源性血红素蛋白或动物源性血红素蛋白。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白包括涉及氧转运的血红素蛋白、具有辅基血红素基团的酶或涉及电子传递链的血红素蛋白。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白是选自由血红蛋白和肌红蛋白组成的组的动物源性血红素蛋白。
9.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述种子特异性启动子包括来自大豆的7S储存(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基、来自普通豆的β-菜豆球蛋白(Phas)启动子、来自蚕豆(Viciafaba)的USP启动子、来自蚕豆的SBP启动子、来自蚕豆的豆球蛋白B4启动子、来自甘蓝型油菜(Brassica napus)的油菜籽蛋白(Napin)启动子、来自豌豆(Pisum sativum)的豌豆球蛋白启动子、来自棉花的α-球蛋白启动子、来自玉米的γ-玉米蛋白启动子、来自小麦的麦谷蛋白启动子、来自葡萄(Vitis spp)的VvβVPE启动子、来自花生的落花生种子启动子(GSP)、来自大豆的7αP启动子、来自拟南芥(Arabidopsisthaliana)的AtLAC15启动子、来自鹰嘴豆的SSPs启动子、来自大豆的凝集素启动子、来自甘蓝型油菜的油质蛋白启动子、来自花生的AhLEClA启动子、来自小麦的Glu-1D-1启动子、来自芝麻的芝麻2S白蛋白(2Salb)启动子或来自绿豆的8SGα启动子。
10.根据权利要求9所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述种子特异性启动子是β-菜豆球蛋白(Phas)。
11.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其进一步包括终止子序列，其中所述终止子序列包括来自烟草的伸展蛋白终止子、来自拟南芥的Ub10终止子、来自拟南芥的Hsp70终止子、来自拟南芥的Hsp1 8.2终止子、来自拟南芥的Act2终止子、来自拟南芥的G7终止子、来自拟南芥的3g24240终止子、来自根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)的NOS终止子、来自根癌农杆菌的Ocs终止子、来自根癌农杆菌的Mas终止子、来自花椰菜花叶病毒(Cauliflower Mosaic Virus)的35s终止子、来自菊属(Chrysanthemum)的Rbc终止子、来自根癌农杆菌的Ags终止子、来自根癌农杆菌的3'utr-nos终止子、来自大豆的7s终止子、来自豌豆的E9终止子、来自根癌农杆菌的ORF25终止子、来自马铃薯(Solanum tuberosum)的pinII终止子、来自根癌农杆菌的tml终止子、来自根癌农杆菌的Tr7终止子或来自菜豆(Phaseolus vulgaris)的Arc5终止子。
12.根据权利要求11所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述终止子是来自菜豆的Arc5终止子。
13.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其进一步包括选自由以下组成的组的转录或翻译增强子：来自烟草蚀纹病毒(Tobacco Etch Virus，TEV)的5′非翻译区(UTR)和Rb7Mar 3′基质连接区。
14.根据权利要求13所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述增强子是Rb7Mar 3′基质连接区。
15.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自大豆的7S储存蛋白(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基和NOS终止子可操作地...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种转基因植物、植物组织或植物细胞，其包括编码血红素蛋白的外源性核酸，其中所述核酸与种子特异性启动子和转录终止子可操作地连接，其中所述血红素蛋白在种子中以至少约5％总可溶性蛋白(tsp)的量表达。
2.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述核酸与转录或翻译增强子可操作地连接。
3.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白在所述种子中以至少约8％tsp的量表达。
4.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白在所述种子中以至少约10％tsp的量表达。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白包括植物源性血红素蛋白、微生物源性血红素蛋白或动物源性血红素蛋白。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白包括涉及氧转运的血红素蛋白、具有辅基血红素基团的酶或涉及电子传递链的血红素蛋白。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白包括血红蛋白、肌红蛋白、神经珠蛋白、细胞珠蛋白、细胞色素p450s、细胞色素c氧化酶、木质素酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素a、细胞色素b或细胞色素c。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述血红素蛋白是选自由血红蛋白和肌红蛋白组成的组的动物源性血红素蛋白。
9.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述种子特异性启动子包括来自大豆的7s储存(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基、来自普通豆的β-菜豆球蛋白(phas)启动子、来自蚕豆(viciafaba)的usp启动子、来自蚕豆的sbp启动子、来自蚕豆的豆球蛋白b4启动子、来自甘蓝型油菜(brassica napus)的油菜籽蛋白(napin)启动子、来自豌豆(pisum sativum)的豌豆球蛋白启动子、来自棉花的α-球蛋白启动子、来自玉米的γ-玉米蛋白启动子、来自小麦的麦谷蛋白启动子、来自葡萄(vitis spp)的vvβvpe启动子、来自花生的落花生种子启动子(gsp)、来自大豆的7αp启动子、来自拟南芥(arabidopsisthaliana)的atlac15启动子、来自鹰嘴豆的ssps启动子、来自大豆的凝集素启动子、来自甘蓝型油菜的油质蛋白启动子、来自花生的ahlecla启动子、来自小麦的glu-1d-1启动子、来自芝麻的芝麻2s白蛋白(2salb)启动子或来自绿豆的8sgα启动子。
10.根据权利要求9所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述种子特异性启动子是β-菜豆球蛋白(phas)。
11.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其进一步包括终止子序列，其中所述终止子序列包括来自烟草的伸展蛋白终止子、来自拟南芥的ub10终止子、来自拟南芥的hsp70终止子、来自拟南芥的hsp1 8.2终止子、来自拟南芥的act2终止子、来自拟南芥的g7终止子、来自拟南芥的3g24240终止子、来自根癌农杆菌(agrobacteriumtumefaciens)的nos终止子、来自根癌农杆菌的ocs终止子、来自根癌农杆菌的mas终止子、来自花椰菜花叶病毒(cauliflower mosaic virus)的35s终止子、来自菊属(chrysanthemum)的rbc终止子、来自根癌农杆菌的ags终止子、来自根癌农杆菌的3'utr-nos终止子、来自大豆的7s终止子、来自豌豆的e9终止子、来自根癌农杆菌的orf25终止子、来自马铃薯(solanum tuberosum)的pinii终止子、来自根癌农杆菌的tml终止子、来自根癌农杆菌的tr7终止子或来自菜豆(phaseolus vulgaris)的arc5终止子。
12.根据权利要求11所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述终止子是来自菜豆的arc5终止子。
13.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其进一步包括选自由以下组成的组的转录或翻译增强子：来自烟草蚀纹病毒(tobacco etch virus，tev)的5′非翻译区(utr)和rb7mar 3′基质连接区。
14.根据权利要求13所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述增强子是rb7mar 3′基质连接区。
15.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自大豆的7s储存蛋白(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基和nos终止子可操作地连接。
16.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自大豆的7s储存蛋白(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基以及arc5终止子和与arc5融合的rb7mar可操作地连接。
17.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自大豆的7s储存蛋白(7s)启动子的β-伴大豆球蛋白α亚基、5′utr tev增强子以及arc5终止子和与arc5融合的rb7mar可操作地连接。
18.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自普通豆的β-菜豆球蛋白(phas)启动子和nos终止子可操作地连接。
19.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自普通豆的β-菜豆球蛋白(phas)启动子、arc5终止子，随后是rb7mar可操作地连接。
20.根据权利要求2所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述外源性核酸与来自普通豆的β-菜豆球蛋白(phas)启动子、5′utr tev增强子和arc5终止子，随后是rb7mar可操作地连接。
21.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述编码血红素蛋白的核酸包括与seq id no：1具有至少80％序列同一性的核酸序列。
22.根据权利要求1所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述编码血红素蛋白的核酸包括与seq id no：2具有至少80％序列同一性的核酸序列。
23.根据权利要求1至19中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述植物、所述植物组织或所述植物细胞是植物。
24.根据权利要求1至19中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述植物、所述植物组织或所述植物细胞是植物组织。
25.根据权利要求1至19中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述植物、所述植物组织或所述植物细胞是植物细胞。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的转基因植物、植物组织或植物细胞，其中所述转基因植物、植物组织或植物细胞源自大豆(glycine max)、水稻(oryza sativa)、大麦(hordeum vulgare)、玉米(zea mays)、黑麦(secale cereale)、燕麦(avena sativa)、甜菜(beta vulgaris)、栽培甜菜亚种(beta vulgaris subsp.vulgaris)、欧洲萝卜(pastinacasativa)、菜豆、豌豆、豇豆(vigna angularis)、绿豆(vigna radiata)、鹰嘴豆(cicerarietinum)、落花生(arachis hypogaea)、兵豆(lens culinaris)、紫花首蓿(medicagosativa)、芝麻菜(eruca vesicaria)、芥菜(brassicajuncea)、莴苣(lactuca sativa)、芥属(brassica)、马铃薯、甘薯(ipomoea batatas)、木薯(manihot esculenta)、小麦(triticum aestivum)或斯佩耳特小麦(triticum spelta)。
27.一种用于获得重组血红素蛋白的方法，所述方法包括：
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述采集包括采集所述转基因植物的所述种子。
29.根据权利要求28所述的方法，其中转基因植物选自由以下组成的组：大豆、水稻、大麦、玉米、黑麦、燕麦、甜菜、栽培甜菜亚种、欧洲萝卜、菜豆、豌豆、豇豆、绿豆、鹰嘴豆、落花生、兵豆、紫花首蓿、芝麻菜、芥菜、莴苣、芥属、马铃薯、甘薯、木薯、小麦或斯佩耳特小麦。
30.一种转基因种子，其包括至少约5％tsp的重组血红素蛋白。
31.一种转基因种子，其包括至少约8％tsp的重组血红素蛋白。
32.一种转基因种子，其包括至少约12％tsp的重组血红素蛋白。
33.一种转基因种子，其包括至少约15％tsp的重组血红素蛋白。
34.一种转基因种子，其包括至少约20％tsp的重组血红素蛋白。
35.一种转基因种子，其包括至少约25％tsp的重组血红素蛋白。
36.根据权利要求30至35中任一项所述的转基因种子，其中所述重组血红素蛋白是动物血红素蛋白。
37.根据权利要求30至35中任一项所述的转基因种子，其中所述重组血红素蛋白是肌红蛋白。
38.根据权利要求30至35中任一项所述的转基因种子，其中所述重组血红素蛋白是血红蛋白。
39.根据权利要求30至38中任一项所述的转基因种子，其中转基因种子来自选自由以下组成的组的物种：大豆、水稻、大麦、玉米、黑麦、燕麦、甜菜、栽培甜菜亚种、欧洲萝卜、菜豆、豌豆、豇豆、绿豆、鹰嘴豆、落花生、兵豆、紫...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕拉迪尼，M·萨利纳斯，A·丁格拉，H·胡根坎普，B·W·贝纳维德斯，M·L·马尔维诺，B·瓦苏德万，
申请(专利权)人：牧蕾克科学有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。