[發明專利]一種姜花萜類花香基因Hctps1及其應用

無效

• 申請號: 201110223418.5
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102277362A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 范燕萍;徐婧;蘭建彬;盧保蘭;余讓才
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C12N15/52
• 分類號: C12N15/52;C12N9/00;C12N15/63;A01H5/00;C12N15/82;C12Q1/68
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及基因工程技術領域，具體涉及一種姜花萜類花香基因Hctps1及其應用。

背景技術

花香在植物繁殖過程中發揮了重要的作用，不僅可以提高作物的產量和質量，還可以增加觀賞植物和切花的審美特性，而萜類化合物是組成花香的主要成分之一。萜類化合物是一類由數個異戊二烯(isoprene,?C5)結構單位構成的化合物的統稱，根據其數目不同可分為單萜(monoterpene,?C10)、倍半萜(sesquiterpene,?C15)和二萜(diterpene,?C20)等。萜類化合物種類繁多、結構多樣，迄今在植物中發現了25?000多種，是植物次生代謝物中種類最多的一類。萜類不僅是組成花香的主要成分，還有其它眾多的生理生態作用。如，吸引授粉者；調節植物的生長和發育；調節植物耐熱性；抵御光氧化脅迫；直接和間接的植物防御。除此之外，萜類還廣泛應用于香料、化妝品、食物、藥物和殺蟲劑等行業，有非常大的商業價值。?

萜類合成酶(terpene?synthase,?TPS)是萜類合成的關鍵酶，按形成產物的不同，可分為單萜合成酶、倍半萜合成酶和二萜合成酶等，它們分別以GPP或NPP、?FPP和?GGPP為直接前體底物合成相應的單萜、倍半萜、二萜。

萜類合成酶蛋白一般是由550—850個氨基酸殘基組成，相對分子質量為50—100?kDa。單萜合成酶的氨基酸長度在600—650之間，比倍半萜合成酶（550?-580個氨基酸）要長，這是因為單萜合成酶多出了一段用于定位質體的N末端信號肽，信號肽可以引導單萜合成酶進入質體。這段信號肽含有大量的絲氨酸和蘇氨酸殘基和較少的酸性氨基酸殘基，但沒有發現共同的結構元件。

研究表明，萜類合成酶在三維結構上有很高的相似性，由α-螺旋、短的連接環和拐角等立體結構組成，并含有兩個明顯的結構區域，即C-末端結構區域和N-末端結構區域。酶的活性中心是C-末端的一個疏水區域，由6個α-螺旋組成，這個疏水區域利于底物疏水烴基部分進入和結合。N-末端沒有特殊的功能元件，突變分析顯示，這個區域起到方便C-末端催化活性區域正確折疊的腳手架作用。幾乎所有的萜類合成酶都含有一個天冬氨酸富集基序（DDxxD），這個基序被認為起到結合金屬離子的作用，它定位在活性位點的入口處，在引導底物催化時發揮重要的作用，若基序發生突變則會導致酶催化活性的下降或產生異常的產物。根據萜類合成酶氨基酸序列的相關性，將TPS家族分為七個亞家族，從TPSa—TPSg，同一亞家族的不同成員之間有最小40%的同源性。

萜類合成酶以異戊二烯焦磷酸（GPP,?FPP和GGPP）為底物合成大量結構、功能多樣的萜類化合物，由于大多數萜類化合物為環狀，因此萜類合成酶也被稱為環化酶。萜類合成酶以金屬離子為輔因子，使異戊二烯焦磷酸發生親電反應，首先，底物通過焦磷酸基團斷裂或質子化的離子化過程，形成與酶結合的異戊二烯碳正離子中間體，由于酶活性位點的限制，碳正離子發生電子重排，然后經過一系列的異構化、環化或重排，最后經過去離子化或加水形成環狀或非環狀的萜類化合物。

萜類合成酶是萜類化合物生物合成的關鍵酶，因此也成了萜類生物合成過程中研究最多和最深入的酶類，自1992年在煙草中克隆了兩個倍半萜合成酶基因以來，科學家已在40多種植物中克隆了200多個單萜和倍半萜合成酶基因，涉及農作物、針葉類植物、藥用植物、香料植物和觀賞植物以及擬南芥等模式植物。

Dudareva等在仙女扇中克隆了一個花器官特異表達并受植物發育調控的單萜合成酶基因—沉香醇合成酶基因，這是第一次克隆到特異表達的花香基因。在擬南芥基因組中也發現了三個在花中特異表達的萜類合成酶基因，并且這三個酶催化產生了擬南芥花中主要的揮發性物質。

揮發性萜類物質經常在特定的時期或發育階段，從特定的植物組織中釋放出來，用來吸引授粉昆蟲。在金魚草中，兩個主要的香氣成分（月桂烯和羅勒烯）在花的上唇瓣和下唇瓣部位釋放，并且受發育和晝夜節律的調控，這種晝夜節律可能與相應萜類合成酶基因在一天中的表達量不同有關。在煙草花瓣和柱頭中的許多萜類物質在夜間釋放，主要由于1,8-桉油醇合成酶基因在轉錄時受晝夜節律的調控。許多植物花的開放和花中萜類物質的釋放都遵循晝夜節律，萜類釋放的這種特異改變可能與授粉昆蟲的出現時間有關系。例如，由夜間活動昆蟲授粉的花卉可能在傍晚時候香氣釋放量達到最大，使其與夜間活動昆蟲的最大傳粉時期相一致，這都是植物為適應外界環境而逐漸進化來的。