用于增加植物穗轴中的淀粉含量的方法技术

提供了用于增加植物的穗轴组织中的淀粉含量的方法和组合物。该方法包括下调植物中的淀粉降解酶的活性。本发明专利技术的所得的转基因植物在穗轴组织中具有增加的淀粉含量。在一个实施方案中，该方法牵涉在穗轴组织中操作单子叶植物以下调淀粉降解酶的活性。该植物可用于改善来自植物生物质的游离糖的产率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及植物分子生物学，特别地涉及用于增加植物穗轴中的淀粉积累的方法和组合物及这些植物组织在商业应用中的用途。
技术介绍
植物生物质由糖构成，并且代表地球上可再生碳氢化合物的最大来源。与其它可再生能源不同，生物质可以直接转化成液体燃料。两种最常见的生物燃料类型是乙醇(乙基醇)和生物柴油。乙醇是一种醇，其可以通过发酵碳水化合物高的任何生物质(淀粉、糖、 或纤维素)来生成。一旦自生物质材料获得可发酵糖，便可以使这些糖发酵以经由与酿造啤酒相似的方法来生成乙醇。然而，此巨大的资源由于糖被锁在复杂的聚合物(其经常统称为木质纤维素)中的实情而利用不足。将木质纤维素常规分解成单体(单糖)需要经由化学和/或物理预处理来使生物质来源材料软化。也可以添加酶，其将生物质中含有的聚合形式的糖水解成单糖。然后，可以利用6-碳和5-碳糖两者来实施随后的发酵以生成乙醇或其它期望的生物产物。自植物生物质的降解生成的糖可以为发酵成化学品、塑料、饲料添加剂和燃料提供丰富的、有经济竞争力的给料。碳水化合物构成地球上最丰富的有机化合物。它们主要在植物中作为纤维素或淀粉形式的复杂葡萄糖聚合物找到。纤维素、半纤维素和葡聚糖构成植物细胞壁和木质组织的许多结构组分。这些结构组分经常与其它分子，诸如蛋白质、脂肪和木质素复合。淀粉作为种子和谷物中的主要贮存碳水化合物被植物利用，所述种子和谷粒基本上由纯的连接的葡萄糖聚合物组成。在许多谷物中以及在块茎和根中找到淀粉。淀粉由于如下的实情而成为一种期望的贮存碳水化合物，即它组成简单，而且可以被植物容易地分解以得到能量。比较而言，木质纤维素材料由与木质素复合的葡萄糖和/或数种不同的糖构成。淀粉经由有效且便宜的淀粉水解酶而可容易地水解成单体糖，而木质纤维素材料即不可容易地水解， 也不能相对便宜地加工。碳水化合物还以简单的二糖蔗糖形式丰富地找到。可以在诸如甘蔗、甜菜、和甜高梁等作物中找到蔗糖。与蔗糖不同，淀粉是稳定的，而且可以以脱水形式贮存一段很长的时间。植物穗轴主要由木质纤维素组成，并且一般在大多数农业实践中作为废物丢弃。 例如，收获玉米的联合收割机首先对穗轴剥去其仁，然后将剥掉的穗轴作为废物释放回耕地中。玉米穗轴构成地上玉米植物总生物质的约15-18%。随着目前的玉米价格上涨，玉米的供应已经非常有限，而且已经有从不太昂贵的非食物来源或废产物生产燃料的动力。目前，美国每年生产约86亿加仑乙醇，其中大多数乙醇源自玉米淀粉。已经预测到穗轴的纤维素发酵可以使美国的乙醇总产量增加额外的50亿加仑乙醇。其它评估预测在发酵中使用玉米穗轴可以将玉米乙醇总产率提高每蒲式耳11%或每英亩27%。然而，将穗轴发酵成燃料受限于成本和不太有效的方法。目前的穗轴发酵实践需要用帮助分解穗轴的木质纤维素和纤维结构的酶混合物来预处理穗轴。也可以采用热化学条件以帮助分解穗轴(例如高热、碱性PH，等等)。在预处理后，然后从经处理的穗轴提取糖，并且在一些情况中，可以添加额外的酶以将糖进一步降解成更小的糖。然后，经由酵母发酵来将这些糖转化成乙醇。已经评估了目前的穗轴发酵成本比商业玉米淀粉乙醇发酵每生产一加仑多约1美元。穗轴的结构木质纤维素组成对目前的穗轴发酵实践造成数项限制。目前的穗轴发酵实践的一项限制可以是对用于自穗轴提取糖的预处理方法的需要可能是昂贵且适时的(timely)。目前的穗轴发酵实践的另一项限制可以是需要提取合适的糖或者实施酶处理以将复合糖进一步降解成单糖，其可以被酵母容易地转化成乙醇。还可以有必要寻找或创建最佳的酵母菌株， 其能够利用源自预处理和酶水解的特定糖谱。另一项限制可以是自穗轴提取糖的方法由于木质纤维素的密集结构而导致效率低。会期望生成在生产单体糖中有益的穗轴组织，其中较高比例的碳水化合物为淀粉形式。提供了用于创建富含淀粉的穗轴生物质的方法和用于自穗轴生物质生成游离的糖和寡糖的方法以及这些游离糖在生产化学品、塑料、饲料添加剂和燃料中的用途。专利技术概述提供了用于增加植物的穗轴组织中的淀粉含量的组合物和方法。进一步提供了如下的方法，其中含有增加量的淀粉的穗轴可以在生物质转化法中以及在动物饲料应用中使用。该方法牵涉独立地或共同地下调植物暂时性淀粉降解途径中涉及的酶的内源活性。可以遍及整个植物或在优选的靶组织(例如茎、叶、穗轴等)内组成性靶向下调。本专利技术的转基因植物在穗轴组织中具有增加的淀粉含量。本文中所描述的方法在提高植物穗轴组织在生产生物燃料和动物饲料应用的用途中的价值方面可以是有益的。可以转化自这些转基因植物获得的穗轴以生成水平升高的游离糖，其在将游离糖下游发酵成化学品、塑料、饲料添加剂和燃料中是有用的。还提供了生成具有增加的淀粉含量的自身加工穗轴的方法，其中植物或植物部分表达加工酶(例如alpha-淀粉酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、CBHI，等等)，其中将加工酶靶定得远离其相对底物，而且在活化(例如碾磨、加水、PH、温度调节)加工酶 (嗜温性、嗜热性、或超嗜热性)后，植物或植物部分能够自身加工其起作用的底物以获得期望的结果。专利技术详述概述冠词“一个”和“一种”在本文中用于指一个/种或超过一个/种(即至少一个/ 种)该冠词的语法对象。举例而言，“一个/种元件”指一个/种或多个/种元件。遍及说明书，词“包含”或变型应当理解为暗示包括规定的元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组，但是不排除任何其它元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组。提供了用于增加植物的穗轴组织中的淀粉含量的方法和组合物。该方法包括下调植物中的短暂性淀粉降解途径中涉及的酶的活性。本专利技术所得的转基因植物在穗轴组织中具有增加的淀粉含量。进一步提供了在穗轴组织中具有增加的淀粉含量的植物的使用方法。提供了转基因植物、种子、植物组织和植物部分。认可的是，可以通过使用组成性、 组织、时间或化学调节性启动子来控制该过程。可以在单子叶植物的穗轴和单子叶或双子叶植物中找到的类似结构中实施以下实施方案。一种增加穗轴组织中的淀粉的方法在多个产业(例如但不限于乙醇、动物饲料、 塑料、化学品和其它工业应用)间可以是期望的。目前的应用的一个实施方案涉及操作植物以下调短暂性淀粉降解途径中涉及的一种或多种叶绿体或胞质酶(在本文中称为“淀粉降解酶”)的活性。本专利技术所得的植物在穗轴组织中具有增加的淀粉含量。淀粉降解酶包括但不限于alpha-淀粉酶、葡聚糖水双激酶、磷酸葡聚糖水双激酶、极限糊精酶、异淀粉酶、 beta-淀粉酶、葡聚糖磷酸化酶、歧化酶、叶绿体麦芽糖转运蛋白、叶绿体葡萄糖转运蛋白、 叶绿体丙糖磷酸转运蛋白、胞质转葡糖苷酶、葡聚糖磷酸化酶、磷酸葡聚糖磷酸酶(淀粉过量4)和己糖激酶。本专利技术的方法在整合目前用于栽培作物植物的实践以获得在作物植物的穗轴组织中具有增加的淀粉积累的商业上期望的植物材料，及作物植物穗轴作为用于生产可发酵糖的生物质来源或用于农业和/或人消耗的用途中得到应用。经修饰的植物和植物部分可以在醇的生产中使用，并通过工程化改造植物穗轴以积累淀粉来产生增加的乙醇。如本文中所使用的，“作物植物”指为了生成植物材料而栽培的任何植物，所述植物材料是人或动物为了食用，或为了在工业、医药、或商业过程中利用而寻找的。本专利技术可以适用于任何品种的植物，包括但不限于玉米、小麦、稻、大麦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J斯蒂芬斯，
申请(专利权)人：先正达参股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：