[发明专利]基于与醇溶蛋白的互作在植物中积累目标蛋白的方法

说明书

本发明公开了基于与醇溶蛋白的互作在植物中积累目标蛋白的方法。本发明验证了目标蛋白NZP1、NZP2和NZP3分别与醇溶蛋白22‑kDα‑zein互作，并通过在烟草中表达Zera‑22和目标蛋白NZP1、NZP2或NZP3，以及在烟草中表达Zera和目标蛋白NZP1、NZP2或NZP3的实验，结果表明Zera‑22在烟草中诱导蛋白体形成，目标蛋白定位在Zera‑22形成的蛋白体中，证明了目标蛋白NZP1、NZP2和NZP3能够通过与22‑kDα‑zein的互作积累在Zera‑22形成的蛋白体中。由此，可基于与醇溶蛋白的互作实现目标蛋白在植物中的积累，进而应用于蛋白质生产中。

技术领域

本发明涉及生物技术领域中基于与醇溶蛋白的互作在植物中积累目标蛋白的方法。

背景技术

随着工业和医疗对重组蛋白需求的持续扩大，转基因植物被认为是一种安全，高效和廉价的生产手段(Ma et al.,2003)。与传统的表达系统(如酵母，昆虫和哺乳动物细胞培养)相比，转基因植物还具有无人类病原体污染，能够正确地折叠和组装多聚体蛋白质，以及具备直接口服未加工或部分加工的植物材料的潜力(Fischer et al.,2004)。在过去的三十年间，转基因植物作为生物反应器在生产疫苗、抗体和工业用酶等方面展示了广泛的应用前景，例如使用植物平台生产各种抗体、疫苗抗原、蛋白质过敏原、酶和酶抑制剂、凝血因子、细胞因子和激素等(Giddings et al.,2000；Ma et al.,2005)。然而，利用植物平台生产重组蛋白面临的一个主要问题是：重组蛋白在植物中积累水平不足(Doran,2006)。重组蛋白在异源环境中的表达具有天然的不固定性，同时也面临着细胞内普遍存在的蛋白降解过程。某些重组蛋白在细胞中没有明确的亚细胞定位，则很有可能进入细胞内蛋白降解途径(Faye et al.,2005)。

对于重组蛋白在植物表达系统中的亚细胞定位的研究显示，重组蛋白在植物细胞中的亚细胞定位显著影响重组蛋白在细胞中的积累水平。而植物种子中天然的蛋白质储藏结构能够为重组蛋白的储藏提供屏障(Conley et al.,2011)。在禾本科植物种子发育过程中，胚乳细胞中内质网的特定位置会自然积累大量的蛋白质，这些区域的内质网向外凸起，形成特殊的内质网衍生区室被称为蛋白体(Shewry et al.,1995；Herman and Larkins,1999)。其中，对玉米胚乳细胞中蛋白体的研究较为深入。蛋白体是玉米胚乳细胞中重要的蛋白质储藏细胞器，蛋白体中的蛋白含量占细胞总蛋白含量60％左右。而且蛋白体高度的稳定，即便在成熟籽粒和储藏多年的籽粒中，蛋白体中储藏的蛋白也是高度完整的。因此玉米蛋白体是外源蛋白高表达、高积累的理想场所。在玉米胚乳细胞的蛋白体中，醇溶蛋白是最主要的储藏蛋白，占储藏蛋白总量的80％左右(Shewry et al.,1995；Herman andLarkins,1999；Fuji et al.,2007)。玉米醇溶蛋白主要包括α(19-kD，22-kD)，β(14-kD)，γ(16-kD，27-kD和50-kD)和δ(10-kD，18-kD)四类，其中α(19-kD，22-kD)类醇溶蛋白的含量最高(Esen,1987；Coleman andLarkins,1999；Song andMessing,2002)。