[發明專利]一種泡桐4-香豆酸：輔酶A連接酶基因及其應用

無效

• 申請號: 200810231475.6
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101434937A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 裴海朝;楊艷坤;陳昌民;熊治國;牛靜勇;劉志剛;葉金山;王軍軍;陳占寬
• 申請（專利權）人: 河南省綠士達林業新技術研究所
• 主分類號: C12N9/00
• 分類號: C12N9/00;C12N15/52;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;A01H1/00
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司
• 代理人: 張欣棠;郭乃鳳

技術領域：

本發明涉及一種泡桐4-香豆酸：輔酶A連接酶(4-coumarate：coenzymeAligase，4CL)基因及其應用，屬于生物工程領域，特別涉及到泡桐科(Paulowniaceae)泡桐屬(Paulownia)白花泡桐〔Paulowniafortunei(Seem.)Hemsl)編碼4CL基因及其應用。

背景技術：

1、關于泡桐及其泡桐木材的材質改良：

泡桐(Paulownia)為泡桐科(Paulowniaceae)泡桐屬(Paulownia)落葉喬木，原產我國，除個別種分布到越南、老撾外，其他各種均為我國所特有。

泡桐是世界三大優質、速生用材樹種之一，分布范圍很廣，二十三個省、市、自治區都有。不少地區作為四旁植樹、農桐間作、林網建設的主要樹種；有些地方還逐漸向山地造林發展，栽培量很大，僅河南省栽植的泡桐就達二億株左右。泡桐生長快，如果管理得好，泡桐五六年即可成材。泡桐材質輕，紋理鮮明美觀，具有易干燥、易加工、不翹、不裂、不易變形、不易燃燒、絕緣性好、耐酸耐腐、防濕隔熱、導音性能好等優點，是單板與人造板生產的重要原料；特別適合制作航空、艦船模型、救生器械、樂器及家具制作等，不但用于工農業及日常生活等各個方面，而且也是我國傳統的出口物資，在我國林業生產中占有特殊地位。

但是應該看到，泡桐材質的另一面：木材輕(容重低)，強度與硬度低，嚴重限制了它在建筑、交通、家裝、家具、造紙等方面的應用。因此，改良泡桐的材質，提高其強度與硬度，拓寬其應用范圍，具有重大的應用與經濟價值。

泡桐的材質改良有兩個方向：一是提高其強度與硬度，拓寬其在木材建筑、交通、家裝與家具等方面的應用；二是提高木材中纖維素的含量，降低其木質素的比率，以提高紙漿的產量、降低對環境的污染，使之更適用于造紙。

2、關于木材的材質改良與4-香豆酸：輔酶A連接酶基因的關系：

木材的材質或特性主要是由木纖維的基本組分——木質素、纖維素的單體種類、性質及其比率與總量決定的。纖維素約占木材干重的40～50％，木質素約占15～36％，二者總計占到木材總重的70％以上，且二者均直接或間接來源于光合作用產生的光合產物。

纖維素是木材細胞中的骨架、韌性成分，是由葡萄糖組成的大分子多糖。木質素是由對香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇四種醇單體形成的一種復雜酚類聚合物。木質素是木材細胞間的粘合劑、剛性原料和保持性物質。

木質素生物合成是一個極其復雜的過程，涉及苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine?ammonialyase?PAL)、4-香豆酸CoA連接酶(4-coumarate：CoAligase?4CL)、肉桂酸CoA還原酶(cinnamoyl-CoA?reductase?CCR)等多個基因。這些基因的功能、作用不同，并分處在木質素生物合成的源頭、中、下游的不同位置，其中PAL是位于源頭的第一個酶，處于最高端；4CL位于中游，而CCR則處于較下游的位置。這些酶中的任何一種酶，都不能缺失、不能替代；任一種酶的失常都將影響木質素的合成，導致材質的變化，且影響的范圍、形式與結果不同。

木材材質改良的實質，就是通過改變木質素、纖維素生物合成關鍵酶基因，調控木質素、纖維素單體種類、性質及其比率與總量。4CL是苯丙烷類代謝途徑的最后一個酶，其作用是催化不同羥基肉桂酸生成相應的硫酯(CoA酯)，即4--香豆酰-CoA、阿魏酰-CoA、5-羥基阿魏酰-CoA和芥子酰-CoA-是木質素合成的基本原料與前體。這些硫酯處于苯丙酸代謝途徑和木質素特異代謝途徑的分支點。在此，4CL是木質素單體合成途徑上的限速酶，決定著木質素合成的方向與速度。增強4CL基因的表達，提高4CL酶的活性，可以提高木質素在木材中的比率，增強其強度與硬度；反之，沉默或抑制4CL基因，可以降低其在木材中的比率，提高纖維素的比率，用于造紙則可提高紙漿的產量，降低木質素對環境的污染。

發明內容：

本發明提供了一種來源于泡桐科(Paulowniaceae)泡桐屬(Paulownia)白花泡桐〔Paulownia?fortunei(Seem.)Hemsi〕的4-香豆酸：輔酶A連接酶(4-coumarate：coenzyme?Aligase，4CL)基因序列及其相應的氨基酸序列。提供了含有4CL的克隆載體PUC?19/4CL，和含有這種載體的E.coli細胞JM109/pUC19/4CL。

泡桐4CL基因的DNA序列或其片段通常可以依據本發明提供的mRNA、氨基酸序列信息資料以PCR擴增法、重組法或人工合成的方法獲得。