[发明专利]具有逆向乙醛酸支路的重组植物和微生物

说明书

关于联邦政府资助的研究的声明

本发明是在政府支持下根据由美国能源部(U.S.DepartmentofEnergy) 授予的基金号DE-AR0000085和DE-AR0000201作出的。政府拥有本发明 的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月29日提交的美国临时申请序列号61/841,310 的优先权，该美国临时申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

技术领域

提供了代谢修饰的微生物和植物以及产生这样的生物体和植物的方 法。还提供了通过使合适的底物与本公开的代谢修饰的微生物或植物以及 酶制剂接触来生产化学品的方法。

背景技术

乙酰辅酶A是细胞生长以及多种细胞成分和产物的生物合成这两者的 中心代谢关键，所述细胞成分和产物包括脂肪酸、氨基酸、类异戊二烯、 以及醇。通常，恩布顿-迈耶霍夫-帕纳斯(Embden-Meyerhof-Parnas，EMP) 途径、恩特纳-杜德洛夫(Entner-Doudoroff，ED)途径以及它们的变化形式 用于经由丙酮酸的氧化脱羧由糖产生乙酰辅酶A。

大部分的中心代谢途径，如糖酵解、脂肪酸合成、以及TCA循环具 有沿逆向进行的补充途径以允许对资源的灵活储存和利用。然而，允许由 乙酰辅酶A合成四碳TCA循环中间产物的乙醛酸支路迄今为止尚未被发 现是可逆的。因此，葡萄糖在异养生物中仅可以经由三碳分子丙酮酸的脱 羧而被转化成乙酰辅酶A。

在过去的几十年内，植物的遗传修饰已经与常规的育种计划组合而使 得农业产量有很大的提高。可以针对一种或多种农业性状，例如通过编码 酶的序列(例如提供除草剂抗性的酶)的表达对遗传修饰的植物进行选择。 对涉及植物生长或植物产量的基因进行的遗传操作可以使得能够提高有 价值的经济作物的产量，从而产生农业效益和诸如生物燃料之类的替代能 源的开发。

植物生物质含量最近由于范围广泛的商业应用而变成一个密集的研 究领域并且植物生物质直接与光合效率相关。光合速率的显著提高不仅可 以在提高植物生物质方面起至关重要的作用，而且它还可以为每个人带来 健康的生活方式，这是因为健康的植物可以更好的方式满足我们的营养需 求。对具有改良的或提高的光合速率的植物的开发还将在生物燃料和动物 饲料的生产方面具有显著的益处，并且可以潜在地具有广泛的其它有益的 应用。然而，对植物进行遗传修饰以通过改良光合机制来实现这些目标还 没有被实现。

提高植物中的光合作用的一个主要的绊脚石是Rubisco，即可以使用 O₂和CO₂这两者作为底物的酶。由于高的加氧酶活性，因此植物通常表现 不佳并且从未达到最佳的生产力水平。这些年来，植物科学研究人员已经 在各种水平上尝试提高光合效率，但是没有人已经尝试或证实置换现有的 光合系统。

发明内容