專利名稱：生育酚生物合成相關(guān)基因及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物遺傳學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及與生育酚生物合成途徑相關(guān)的基因，以及該基因的用途。
生育酚(tocopherol)是哺乳動(dòng)物食物的重要成份。流行病學(xué)證據(jù)表明補(bǔ)充生育酚可導(dǎo)致減小心血管疾病和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，可輔助免疫功能，且與許多人類變性疾病病變的預(yù)防或延遲相關(guān)(Traber和Sies，Annu.Rev.Nutr.，16321-347，1996)。生育酚部分通過穩(wěn)定生物膜脂雙層(Skrypin和Kagan，Biochim.Biophys.Acta.，815209，1995；Kagan，N.Y.Acad.Sci.，第121頁，1989；Gomez-Femandez等，Ann.N.Y.Acad.Sci.，第109頁，1989)，減少由脂類氧化產(chǎn)生的多不飽和脂肪酸(PUFA)自由基(Fukuzawa等，Lipids，17511-513，1982)，和清除氧自由基，脂類過氧化基和單線態(tài)氧種類(Diplock等，Ann.NY Acad.Sci.，57072，1989；Fryer，Plant Cell Environ.，15(4)381-392，1992)發(fā)揮功能。
通常稱為維生素E的化合物α-生育酚屬于一類脂溶性抗氧化劑，它包括α，β，γ和δ-生育酚以及α，β，γ和δ-生育三烯酚(tocotrienol)。α，β，γ和δ-生育酚和α，β，γ和δ-生育三烯酚類有時(shí)統(tǒng)稱為“維生素E”。維生素E更合適地化學(xué)定義為對(duì)動(dòng)物和人類具有例如，可在大鼠胎兒吸收和溶血試驗(yàn)中測定的有益活性(Chow，Vtamin E，InHandbook of VitaminsISBN0-8247-0428-2)。α-生育酚具有最高的維生素E活性，部分是因?yàn)樗菀妆簧眢w吸收和保留(Traber和Sies，Annu.Rev.Nutr.，16321-347，1996)。然而，其它生育酚和生育三烯酚類，例如β，γ，δ-生育酚和生育三烯酚類也具有重要的健康和營養(yǎng)效益。
生育酚僅由植物和包括藍(lán)細(xì)菌(cyanobacteria)在內(nèi)的某些其它光合生物合成。結(jié)果，哺乳動(dòng)物食譜的生育酚幾乎只能從這些來源獲得。植物組織在總生育酚含量和生育酚組成上變化很大，其中α-生育酚是綠色光合植物組織中發(fā)現(xiàn)的主要生育酚種類。葉組織中每克鮮重可含有10-50μg總生育酚，但是大部分全世界主要的重要作物(例如，水稻，玉米，小麥，馬鈴薯)的可食部分產(chǎn)生較低到極低水平的總生育酚，其中僅有小部分是α-生育酚(Hess，維生素E，α-生育酚，見Antioxidants in Higher Plants，R.Alscher和J.Hess，Eds.，CRC Press，Boca Raton.第111-134頁，1993)。油料種子作物一般含有水平高得多的總生育酚，但在大多數(shù)油籽中α-生育酚僅作為較小組份存在(Taylor和Barnes，Chemy Ind.，722-726，1981年10月)。
建議每天食物攝取15-30mg維生素E從平常美國飲食中非常難以實(shí)現(xiàn)。例如，應(yīng)攝取超過750克的菠菜葉，其中α-生育酚占總生育酚的60％，或攝取200-400克大豆油以滿足該建議的每日維生素E攝取量。盡管可用添加劑添加食物，但是大多數(shù)這類添加劑主要含合成維生素E，它有8種立體異構(gòu)體，而天然維生素E主要僅由單一異構(gòu)體組成。另外，添加劑一般相當(dāng)昂貴，且公眾不原意定時(shí)服用維生素添加劑。因此，本領(lǐng)域需要增加植物產(chǎn)生的總生育酚產(chǎn)量或增加α-生育酚相對(duì)比例的組合物和方法。
除了生育酚的健康效益外，作物生育酚水平提高與植物產(chǎn)品的穩(wěn)定性增強(qiáng)和貨架壽命延長相關(guān)聯(lián)(Peterson，Cereal-Chem.，72(1)21-24，1995)；Ball，F(xiàn)at-soluble vitamin assays in food analysis.A comprehensive review，London，Elsevier Science Publishers Ltd.(1988)。另外，給豬，牛，和家禽飼料添加生育酚已表明可明顯提高肉品質(zhì)和通過延緩可產(chǎn)生不利味道成份的加工后脂類氧化來延長加工后的肉類產(chǎn)品的貨架壽命(Sante和Lacourt，J.Sci.Food Agric.，65(4)503-507，1994)；Buckley等，J.of Animal Science，733122-3130，1995)。
本領(lǐng)域需要編碼與生育酚生物合成相關(guān)的酶的核酸分子，以及相關(guān)的酶和抗體用于提高或改變植物中生育酚的生產(chǎn)。還需要表達(dá)與生育酚生物合成相關(guān)的那些核酸分子的轉(zhuǎn)基因生物，它們能夠提供營養(yǎng)增強(qiáng)的食品和飼料來源。
發(fā)明概述本發(fā)明包括和提供了基本上純化的核酸分子，該核酸分子編碼含有選自由SEQ ID NOs20-41和53-68組成的組中的氨基酸序列的多肽，編碼葉綠醇激酶(phytol kinase)多肽，或具有葉綠醇激酶活性的多肽，編碼酵母葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的酵母多肽，編碼植物葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽，編碼藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽，編碼含有選自由SEQ ID NOs69-78組成的組中的氨基酸序列的葉綠醇激酶多肽或具有葉綠醇激酶活性的多肽。
本發(fā)明包括和提供了植物特異性葉綠醇激酶基序(SEQ ID NOs74，77，和78)和藍(lán)細(xì)菌特異性基序(SEQ ID NOs71-73)及編碼它們的核苷酸。
本發(fā)明包括和提供了含有與核酸分子可操作地相連的在植物中起作用的異源啟動(dòng)子的DNA構(gòu)建體，該核酸分子編碼含有選自由SEQ ID NOs2，6，20-68，和79組成的組中的氨基酸序列或含有與該氨基酸序列具有至少大約70％，80％，90％，95％，或99％相同性的氨基酸序列的葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的多肽。
本發(fā)明包括和提供了含有導(dǎo)入的核酸分子的經(jīng)轉(zhuǎn)化的植物及其后代，該核酸分子含有選自由如下組成的組中的核酸序列(1)SEQ ID NOs1，5，和17和與該序列具有至少大約70，80，90，95和99％相同性的序列；(2)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有與選自由SEQ ID NOs2，6，20-68，和79組成的組中的序列具有至少大約70％，80％，90％，95％或99％相同性的氨基酸序列的多肽；(3)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的多肽；(4)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼植物葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽；(5)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽；(6)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs69-78組成的組中的氨基酸序列的葉綠醇激酶多肽或具有葉綠醇激酶活性的多肽；(7)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQID NOs2，6，和37-68組成的組中的氨基酸序列的植物葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽；(8)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs20-27，和29-34組成的組中的氨基酸序列的藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽；(9)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs74，77，和78組成的組中的氨基酸序列的植物葉綠醇激酶多肽或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽；(10)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs74，77，和78組成的組中的氨基酸序列的植物葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽，其中所述的多肽不是來源于韭蔥，歐洲油菜，棉花(Gossypium)，大豆(Glycinemax)，水稻(Oryza sativa)，雙色高梁(Sorghum bicolor)，小麥(Triticumaestivum)，和玉米(Zea mays)；(11)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼植物葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽，所述多肽含有選自由SEQ IDNOs74，77，和78組成的組中的氨基酸序列且還含有包含SEQ ID NOs75和/或76所示序列的氨基酸序列；(12)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼植物葉綠醇激酶多肽或具有葉綠醇激酶活性的植物多肽，所述多肽含有選自由SEQ IDNOs74，77，和78組成的組中的氨基酸序列且還含有包含SEQ ID NOs75和/或76所示序列的氨基酸序列，其中所述的多肽不是來源于韭蔥(Alliumporrum)，歐洲油菜(Brassica napus)，棉花，大豆，水稻，雙色高梁，小麥，和玉米；(13)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs71，72，和73組成的組中的氨基酸序列的藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽；(14)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼含有選自由SEQ ID NOs71，72，和73組成的組中的氨基酸序列的藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽，其中所述的多肽不是來源于集胞藍(lán)細(xì)菌屬(Synechocystis)，Aquifex aeolicuts，Chlorobiutm tepidum，橙色綠屈撓菌(Chloroflexus aurantiacus)，點(diǎn)型念珠藍(lán)細(xì)菌(Nostoc punctiforme)，Prochlorococcus marinus，康氏立克次氏體(Rickettsia conorii)，普氏立克次氏體(Rickettsia prowazekii)，西伯利亞立克次氏體(Rickettsia sibirica)，Synechoccus，Thermosynechoccus elongatus，紅海束毛藍(lán)細(xì)菌(Trichodesmiumerythraeum)和啤酒糖酵母(Saccharomyces cerevisiae)；(15)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽，所述多肽含有選自由SEQ ID NOs71，72，和73組成的組中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸序列且還含有包含SEQ ID NOs69和/或70所示序列的氨基酸序列；(16)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼藍(lán)細(xì)菌葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的藍(lán)細(xì)菌多肽，所述多肽含有選自由SEQ ID NOs71，72，和73組成的組中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸序列且還含有包含SEQ ID NOs69和/或70所示序列的氨基酸序列，其中所述的多肽不是來源于集胞藍(lán)細(xì)菌屬，Aquifexaeolicus，Chlorobium tepidum，橙色綠屈撓菌，點(diǎn)型念珠藍(lán)細(xì)菌，Prochlorococcus marinus，康氏立克次氏體，普氏立克次氏體，西伯利亞立克次氏體，Synechoccus，Thermosynechoccus elongatus，紅海束毛藍(lán)細(xì)菌和啤酒糖酵母；(17)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼酵母葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的酵母多肽；(18)導(dǎo)入的核酸分子，它編碼酵母葉綠醇激酶多肽，或具有葉綠醇激酶活性的酵母多肽，所述多肽含有選自由SEQ ID NOs35和36組成的組中的氨基酸序列；且任選還含有編碼生育酚生物合成途徑的酶或酶的編碼區(qū)的一個(gè)或多個(gè)其它導(dǎo)入的核酸分子，例如，MT1，tMT2，GMT，tyrA(例如，SEQ ID NO16)，HPT(例如，SEQ ID NO15)，生育酚環(huán)化酶，dxs，dxr，GGPPS，HPPD(SEQ ID NO14)，AANT1，IDI，葉綠素酶(SEQ ID NOs18和19)，和GGH(SEQ ID NO13)，如表1所述。
本發(fā)明包括和提供了相對(duì)于相似遺傳背景但沒有導(dǎo)入核酸分子的植物增強(qiáng)植物中生育酚或生育三烯酚類至少一種的水平的方法。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該轉(zhuǎn)化的植物產(chǎn)生相對(duì)于具有相似遺傳背景但沒有導(dǎo)入核酸分子的種子具有生育酚或生育三烯酚類至少一種的水平增加的種子。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該轉(zhuǎn)化的植物選自由苜蓿，擬南芥(Arabidopsisthaliana)，大麥，油菜(Brassica campestris)，油籽油菜(oilseed rape)，花椰菜，卷心菜，柑桔，canola，棉花，大蒜，燕麥，蔥屬(Allium)，亞麻，觀賞植物，花生，胡椒，馬鈴薯，油菜籽，水稻，黑麥，高梁，草莓，甘蔗，甜菜，西紅柿，小麥，楊樹，松樹，冷杉，桉樹，蘋果，萵苣，小扁豆，葡萄，香蕉，茶，草坪草，向日葵，大豆，鷹嘴豆，玉米，菜豆屬(Phaseolus)，兩節(jié)薺(crambe)，芥菜，蓖麻子，芝麻，棉籽，亞麻籽，紅花，和油類棕櫚組成的組中。
本發(fā)明包括和提供了降低植物中生育酚水平的方法，包括(a)用核酸分子轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞，該核酸分子具有在植物細(xì)胞中起作用引起產(chǎn)生mRNA分子的啟動(dòng)子區(qū)，其中該啟動(dòng)子區(qū)與抑制型核酸分子相連，該抑制型核酸分子與SEQ ID NOs1，5，和17的至少一部分或與該序列具有至少大約70，80，90，95，或99％相同性的序列互補(bǔ)；和(b)將該轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞生長成能育植物；和(c)選擇生育酚水平降低的植物。
本發(fā)明包括和提供了增加植物中生育三烯酚類產(chǎn)量的方法，包括(a)用核酸構(gòu)建體轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞，該核酸構(gòu)建體引起SEQ ID NOs1，5，和17或與該序列具有至少大約70，80，90，95，或99％相同性的核酸序列的減量調(diào)節(jié)；(b)將該轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞生長成能育植物；和(c)選擇生育三烯酚類水平增加的植物。
本發(fā)明包括和提供了篩選改變植物生育酚水平的試劑的方法，包括(a)提供一種植物，該植物缺乏含有SEQ ID NOs2，6，20-68，和79的多肽序列的多肽；(b)將該植物與試驗(yàn)試劑接觸；和(c)測定該植物中的生育酚水平。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，在轉(zhuǎn)化植物中表達(dá)或過量表達(dá)本發(fā)明的葉綠醇激酶可提供對(duì)各種壓力的耐受性。
核酸和氨基酸序列的描述SEQ ID NO1表示擬南芥的LTT1核酸序列。
SEQID NO2表示擬南芥LTT1核酸序列編碼的多肽序列。
SEQ ID NO3表示擬南芥突變型LTT1核酸序列。
SEQ ID NO4表示擬南芥突變型LTT1核酸序列編碼的多肽序列。
SEQID NO5表示LTT1-r，一種與擬南芥LTT1相關(guān)的核酸序列。
SEQID NO6表示由擬南芥LTT1-r核酸序列編碼的多肽序列。
SEQ ID NO7表示核酸序列DNA引物404。
SEQ ID NO8表示核酸序列DNA引物405。
SEQ ID NO9表示核酸序列DNA引物1652-e-1-f。
SEQ ID NO10表示核酸序列DNA引物1652-i-2-r。
SEQ ID NO11表示核酸序列DNA引物1652-i-3-f。
SEQ ID NO12表示核酸序列DNA引物1652-e-4-r。
SEQ ID NO13表示擬南芥GGH的核酸序列。
SEQ ID NO14表示擬南芥HPPD的核酸序列。
SEQ ID NO15表示擬南芥HPT的核酸序列。
SEQ ID NO16表示草生歐文氏桿菌(Erwinia herbicola)TyrA的核酸序列。
SEQ ID NO17表示集胞藍(lán)細(xì)菌屬LTT1的核酸序列。
SEQ ID NO18表示擬南芥葉綠素酶1的核酸序列。
SEQ ID NO19表示擬南芥葉綠素酶2的核酸序列。
SEQ ID NO20表示Aquifex aeolicus VF5的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO21表示Chlorobium tepidum TLS 1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO22表示Chlorobium tepidum TLS 2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO23表示橙色綠屈撓菌的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO24表示點(diǎn)型念珠藍(lán)細(xì)菌1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO25表示點(diǎn)型念珠藍(lán)細(xì)菌2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO26表示點(diǎn)型念珠藍(lán)細(xì)菌3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO27表示Prochlorococcus marinus 1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO28表示Prochlorococcus marinus 2的多萜醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO29表示康氏立克次氏體的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO30表示普氏立克次氏體的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO31表示西伯利亞立克次氏體的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO32表示聚球藍(lán)細(xì)菌屬種類(Synechococcus sp.)的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO33表示Thermosynechococcus elongatus BP-1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO34表示紅海束毛藍(lán)細(xì)菌IMS101的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO35表示啤酒糖酵母的多萜醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO36表示啤酒糖酵母的Hsdl多肽序列。
SEQ ID NO37表示韭蔥的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO38表示歐洲油菜1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO39表示歐洲油菜2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO40表示陸地棉(Gossypium hirsutum)1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO41表示陸地棉(Gossypium hirsutum)2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO42表示大豆1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO43表示大豆2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO44表示大豆3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO45表示大豆4的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO46表示水稻1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO47表示水稻2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO48表示水稻3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO49表示水稻4的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO50表示水稻5的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO51表示水稻6的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO52表示水稻7的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO53表示雙色高梁1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO54表示雙色高梁2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO55表示雙色高梁3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO56表示小麥1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO57表示小麥2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO58表示小麥3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO59表示玉米1的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO60表示玉米2的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO61表示玉米3的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO62表示玉米4的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO63表示玉米5的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO64表示玉米6的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO65表示玉米7的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO66表示玉米8的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO67表示玉米9的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO68表示雙色高梁4的葉綠醇激酶多肽序列。
SEQ ID NO69表示藍(lán)細(xì)菌基序1。
SEQ ID NO70表示藍(lán)細(xì)菌基序2。
SEQ ID NO71表示藍(lán)細(xì)菌基序3。
SEQ ID NO72表示藍(lán)細(xì)菌基序4。
SEQ ID NO73表示藍(lán)細(xì)菌基序5。
SEQ ID NO74表示植物基序1。
SEQ ID NO75表示植物基序2。
SEQ ID NO76表示植物基序3。
SEQ ID NO77表示植物基序4。
SEQ ID NO78表示植物基序5。
SEQ ID NO79表示集胞藍(lán)細(xì)菌屬的葉綠醇激酶多肽序列。


圖1表示了生育酚生物合成途徑的示意圖。
圖2表示pMON36525的質(zhì)粒圖譜。
圖3表示pMON69914的質(zhì)粒圖譜。
圖4表示pMON77670的質(zhì)粒圖譜。
圖5表示pMON81019的質(zhì)粒圖譜。
圖6表示pMON77637的質(zhì)粒圖譜。
圖7表示pMON78621的質(zhì)粒圖譜。
圖8表示pMON81063的質(zhì)粒圖譜。
圖9表示pMON69969的質(zhì)粒圖譜。
圖10表示進(jìn)化系統(tǒng)樹。
圖11表示藍(lán)細(xì)菌基序1。
圖12表示藍(lán)細(xì)菌基序2。
圖13表示藍(lán)細(xì)菌基序3。
圖14表示藍(lán)細(xì)菌基序4。
圖15表示藍(lán)細(xì)菌基序5。
圖16表示植物基序1。
圖17表示植物基序2。
圖18表示植物基序3。
圖19表示植物基序4。
圖20表示植物基序5。
詳細(xì)描述本發(fā)明提供了許多物質(zhì)，例如，與生育酚合成相關(guān)的核酸分子和多肽，并提供了該物質(zhì)的用途。
生育酚生物合成高等植物的質(zhì)體表現(xiàn)出互相連接的生物化學(xué)途徑，產(chǎn)生包括生育酚的次級(jí)代謝產(chǎn)物。高等植物中的生育酚生物合成途徑包括尿黑酸與葉綠基焦磷酸(phytylpyrophosphate)縮合形成2-甲基葉綠基質(zhì)體醌醇(2-methylphytylplastoquinol)(Fiedler等，Planta，155511-515(1982)；Soll等，Arch.Biochem.Biophys.，204544-550(1980)；Marshall等，Phytochem.，241705-1711(1985)。該植物生育酚途徑可分成四個(gè)部分1)合成尿黑酸(HGA)，它產(chǎn)生生育酚的芳環(huán)；2)合成葉綠基焦磷酸，它產(chǎn)生生育酚的側(cè)鏈；3)通過異戊烯轉(zhuǎn)移酶連接HGA和葉綠基焦磷酸，接著進(jìn)行甲基化反應(yīng)，隨后環(huán)化；4)芳環(huán)的另一S-腺苷甲硫氨酸依賴型甲基化，它影響各生育酚種類的相對(duì)豐度。見圖1。
與生育酚生物合成有關(guān)的各種基因及其編碼的蛋白質(zhì)在下表中列出。
表1.生育酚生物合成編碼區(qū)和酶

本文使用的尿黑酸異戊烯轉(zhuǎn)移酶(HPT)，葉綠基異戊烯基轉(zhuǎn)移酶(PPT)，slr1736，和ATPT2，分別指具有相同酶活性的蛋白質(zhì)或編碼蛋白質(zhì)的基因。
本文使用的葉綠醇激酶是磷酸化游離葉綠醇和/或磷酸化葉綠醇單磷酸的酶?！熬哂腥~綠醇激酶活性”是指該酶磷酸化游離葉綠醇和/或磷酸化葉綠醇單磷酸。
尿黑酸的合成尿黑酸是生育酚和質(zhì)體醌的共同前體。在至少一些細(xì)菌中，據(jù)報(bào)道通過將分支酸轉(zhuǎn)化成預(yù)苯酸，然后通過雙功能預(yù)苯酸脫氫酶轉(zhuǎn)化成對(duì)羥基苯基丙酮酸進(jìn)行尿黑酸的合成。雙功能細(xì)菌預(yù)苯酸脫氫酶的例子包括草生歐文氏桿菌和大腸桿菌的tyrA基因編碼的蛋白質(zhì)。TyrA基因產(chǎn)物催化從分支酸產(chǎn)生預(yù)苯酸，以及隨后的預(yù)苯酸脫氫形成對(duì)羥基苯基丙酮酸(p-HPP)，即尿黑酸的直接前體。然后p-HPP通過對(duì)羥基苯基丙酮酸雙加氧酶(HPPD)轉(zhuǎn)化成尿黑酸。相反，據(jù)信植物缺乏預(yù)苯酸脫氫酶活性，且一般認(rèn)為通過中間體arogenate，酪氨酸，和對(duì)羥基苯基丙酮酸的合成和轉(zhuǎn)化進(jìn)行從分支酸合成尿黑酸。由于與尿黑酸合成相關(guān)的途徑也負(fù)責(zé)酪氨酸形成，因此在這些途徑中的任何改變也可導(dǎo)致酪氨酸合成和其它芳香氨基酸合成的改變。
葉綠基焦磷酸的合成生育酚是稱為類異戊二烯的一類化合物的一個(gè)成員。其它類異戊二烯包括類胡蘿卜素，赤霉素，萜類，葉綠素和脫落酸。類異戊二烯生產(chǎn)中的重要中間體是異戊烯二磷酸(IPP)。已報(bào)導(dǎo)了基于細(xì)胞質(zhì)和質(zhì)體的產(chǎn)生IPP的途徑。基于細(xì)胞質(zhì)的途徑涉及乙酰乙?；鵆oA硫解酶，HMGCoA合酶，HMGCoA還原酶，甲羥戊酸激酶，磷酸甲羥戊酸激酶，和甲羥戊酸焦磷酸脫羧酶。
最近，從Rohmer和Arigoni研究小組的研究中出現(xiàn)了存在另一條基于質(zhì)體的類異戊二烯生物合成途徑的證據(jù)(Eisenreich等，Chem.Bio.，5R221-R233，1998)；Rohmer，Prog.Drug.Res.，50135-154，1998)；Rohmer，Comprehensive Natural Products Chemistry，Vol.2，pp.45-68，Barton andNakanishi(eds.)，Pergamon Press，Oxford，England(1999)，他們發(fā)現(xiàn)在對(duì)某些真細(xì)菌和植物類萜的研究中觀察到的同位素標(biāo)記方式不能按甲羥戊酸途徑解釋。Arigoni和同事后來表明1-脫氧木酮糖或其衍生物充當(dāng)現(xiàn)在稱為MEP途徑的新途徑的中間體(Rohmer等，Biochem.J.，295517-524，1993)；Schwarz，Ph.D.thesis，Eidgenssiche Technische Hochschule，Zurich，Switzerland，1994)。最近的研究表明1-脫氧木酮糖5-磷酸(Broers，Ph.D.thesis(EidgenossicheTechnische Hochschule，Zurich，Switzerland)(1994)分別從1分子的甘油醛3-磷酸(Rohmer，Comprehensive Natural Products Chemistry，Vol.2，pp.45-68，Barton and Nakanishi，eds.，Pergamon Press，Oxford，England(1999)和丙酮酸(Eisenreich等，Chem.Biol.，5R223-R233，1998)；Schwarz，出處同上；Rohmer等，J.Am.Chem.Soc.，1182564-2566(1996)；和Sprenger等，Proc.Natl.Acad.Sci.(U.S.A.)，9412857-12862，1997)通過dxs基因編碼的酶(Lois等，Proc.Natl.Acad Sci.(U.S.A.)，952105-2110，1997；美國專利
發(fā)明者蘇珊·R·諾里斯, 金·林肯, 馬克·S·阿巴德, 羅伯特·艾勒斯, 卡倫·K·哈特蘇伊克, 約瑟夫·赫希伯格, 巴拉蘇洛吉尼·卡魯納南達(dá), 法哈德·莫什里, 喬舒亞·C·斯坦, 亨利·E·瓦倫丁, 蒂亞馬岡德魯·V·文卡蒂什 申請(qǐng)人:孟山都技術(shù)公司