[發明專利]一種來源于玉米的聯乙烯還原酶及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 201110429577.0
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102517262A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 王平榮;鄧曉建;萬春美;孫昌輝;王萍渝;馬曉智;肖云華;徐正君;朱建清;高曉玲
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: C12N9/02
• 分類號: C12N9/02;C12N15/53;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;C12P17/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及一種來源于玉米的聯乙烯還原酶及其編碼基因與應用。

背景技術

葉綠素是植物進行光合作用的重要色素，它的作用是捕獲光能并將光能轉移到反應中心，故對植物的生長及其產量有很重要的作用。根據乙烯側鏈數目的不同，葉綠素可分為3，8-聯乙烯葉綠素(DV?Chls)和3-乙烯葉綠素(單乙烯葉綠素，MV?Chls)。在正常情況下，幾乎所有的植物和細菌用于光合作用的葉綠素都是MV?chls，目前只發現一類海洋生物即“the?marine?prochlorophyte?Prochlorococcus?marinus”利用的是DVChls(Chisholm?SW，Frankel?SL，Goericke?R，Olson?RJ，Palenik?B，Waterbury?JB，West-Johnsrud?L，Zettler?ER(1992)Prochlorococcus?marinus?nov.gen.nov.sp.：A?marine?prokaryote?containing?divinylchlorophyll?a?andb.Arch.Microbiol?157：297-300.)。

葉綠素生物合成的多樣性主要在于它有單乙烯葉綠素(MV?Chls)和聯乙烯葉綠素(DV?Chls)兩條平行合成的途徑，DV?Chls及其中間產物通過聯乙烯基還原酶(DVR，又叫C-8乙烯基還原酶)催化轉化成MV?Chls及其中間產物(Rebeiz?CA，Kolossov?VL，Briskin?D，Gawienowski?M(2003)Chloroplast?biogenesis：chlorophyll?biosynthetic?heterogeneity，multiple?biosynthetic?routes，and?biological?spin-oVs，in：H.S.Nalwa(Ed.)，Handbook?of?Photochemistry?and?Photobiology，vol.4，American?ScientiWc，Los?Angeles：183-248.)。迄今為止，已在5種底物水平上檢測到聯乙烯還原酶活性，分別是聯乙烯Mg-原卟啉IX(DV?Mg-proto)、聯乙烯Mg-原卟啉IX單甲酯(DV?MPE)、聯乙烯原葉綠素酸酯a(DV?Pchlide?a)、聯乙烯葉綠素酸酯a(DV?Chlide?a)和聯乙烯葉綠素a(DV?Chl?a)(Kolossov?VL，Bohnert?HJ，Rebeiz?CA(2006)Chloroplast?biogenesis?92：In?situ?screening?for?divinyl?chlorophyll(ide)a?reductase?mutants?by?spectroXuorometry.Analytical?Biochemistry?348：192-197)。現已從水稻，擬南芥、綠硫細菌Chlorobium?tepidum和藍細菌Synechocystis?sp.PCC6803中分別克隆了相應的聯乙烯還原酶基因DVR、bciA和slr1923(Wang?PR，Gao?JX，Wan?CM，Zhang?FT，Xu?ZJ，Huang?XQ，Sun?XQ，Deng?XJ(2010)Divinyl?chlorophyll(ide)a?can?be?converted?to?monovinyl?chlorophyll(ide)a?by?a?divinyl?reductase?in?rice.Plant?Physiol?153，994-1003；Nagata?N，Tanaka?R，Satoh?S，Tanaka?A(2005)Identification?of?a?Vinyl?Reductase?Gene?for?Chlorophyll?Synthesis?in?Arabidopsis?thaliana?and?Implications?for?the?Evolution?of?Prochlorococcus?Species.Plant?Cell?17，233-240；Chew?AGM，Bryant?DA(2007)Characterization?of?a?Plant-like?Protochlorophyllide?a?Divinyl?Reductase?in?Green?Sulfur?Bacteria.J.Biol.Chem?28：2967-2975；Islam?MR，Aikawa?S，Midorikawa?T，Kashino?Y，Satoh?K，Koike?H(2008)slr1923?of?Synechocystis?sp.PCC6803?Is?Essential?for?Conversion?of?3，8-Divinyl(proto)chlorophyll(ide)to?3-Monovinyl(proto)chlorophyll(ide).Plant?Physiology?148：1068-1081)。已有實驗證明：用NADPH作為還原劑，重組的綠硫細菌(Chlorobium?tepidum)BciA蛋白質將DV?Pchlide?a還原成MV?Pchlide?a(Chew?AGM，Bryant?DA(2007)Characterization?of?a?Plant-like?Protochlorophyllide?a?Divinyl?Reductase?in?Green?Sulfur?Bacteria.J.Biol.Chem?28：2967-2975)；重組的擬南芥DVR蛋白質將DVChlide?a還原成MV?Chlide?a，但不能將DV?Pchlide?a、DV?Chlide?b、DV?Chl?a和DV?Chl?b等4種DV物質轉化為相應的MV物質(Nagata?N，Tanaka?R，Tanaka?A(2007)The?Major?Route?for?Chlorophyll?Synthesis?Includes[3，8-divinyl]-chlorophyllide?a?Reduction?in?Arabidopsis?thaliana.Plant?Cell?Physiol?48：1803-1808)。我們通過酶學實驗證實重組的水稻DVR蛋白質不僅能將DV?Chlide?a還原成MV?Chlide?a，而且能還原DV?Chl?a為MV?Chl?a(Wang?PR，Gao?JX，Wan?CM，Zhang?FT，Xu?ZJ，Huang?XQ，Sun?XQ，Deng?XJ?(2010)Divinyl?chlorophyll(ide)a?can?be?converted?to?monovinyl?chlorophyll(ide)a?by?a?divinyl?reductase?in?rice.Plant?Physiol?153，994-1003)。目前，聯乙烯Mg-原卟啉IX(DV?Mg-proto)和聯乙烯Mg-原卟啉IX單甲酯(DV?MPE)這2種聯乙烯(DV型)物質轉化為相應單乙烯(MV型)物質，還沒有得到利用純化DVR酶蛋白所做的體外酶學實驗的證實，同時，還不清楚的是，這些聯乙烯中間物質是由一個具有廣泛特異性的聯乙烯基還原酶催化，還是由多個聯乙烯基還原酶(每個酶都有特異底物)催化生成相應的單乙烯物質。