[發明專利]用于改善植物抗逆性的枸杞GGPS1基因及該基因的重組載體

有效

• 申請號: 201310555829.3
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103757034A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 季靜;王罡;賈翠翠;田小衛;刁進進;曹海燕
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N9/10;C12N15/70;C12N15/84;C12N1/21;C12N5/10;A01H5/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種枸杞（Lycium?chinense?Miller）牦牛兒基牦牛兒焦磷酸合成酶基因（Geranylgeranyl?pyrophosphate?synthase，GGPS）及包括該基因的重組載體，具體為枸杞中牦牛兒基牦牛兒焦磷酸合成酶基因LmGGPS1的克隆。

背景技術

牦牛兒基牦牛兒焦磷酸(?GGPP)?是生物界普遍存在的重要中間代謝產物.?在植物中，GGPP參與葉綠素、類胡蘿卜素、赤霉素、質體醌、維生素E、單萜和苯醌等產物的合成，對植物光合作用、生長發育和產品品質等有重要影響。?該產物由GGPS?直接催化合成。GGPP不僅是類胡蘿卜素生物合成的最直接的前體物質，還是植物體內赤霉素、葉綠素和質體醌等前體物質。GGPP?的合成是類胡蘿卜素合成中的限速過程。通過一系列的酶促反應，產生的番茄紅素不僅賦予番茄鮮艷的色澤，而且具有重要的營養保健價值。醫學研究表明，血清中高含量的番茄紅素可顯著地降低各種癌癥的發病率，血液中的番茄紅素含量與前列腺癌、消化道癌、乳腺癌、肺癌、膀胱癌、皮膚癌等多種癌癥的發生幾率呈負相關，研究表明人體中高番茄紅素含量能顯著的降低前列腺癌的發生幾率。番茄紅素保護心腦血管的作用主要是通過其抗氧化作用,?降低血清脂質和低密度脂蛋白的過氧化作用,?從而減少動脈硬化和冠心病的發病率，高番茄紅素的攝入能顯著的降低心腦血管疾病的發病幾率。番茄紅素還具有提高免疫力、延緩衰老等作用。

番茄紅素能夠猝滅單線態氧、清除自由基，防止蛋白質和?DNA?受到氧的破壞等作用。番茄紅素清除單線態氧的能力是目前常用抗氧化劑維生素?E?的?10?倍，β-胡蘿卜素的?2?倍。番茄紅素分子在所有類胡蘿卜素中含有的共軛雙鍵的數量最多，其淬滅單線態氧速率常數是維生素?E?的?100?倍，是抗氧化能力最強的類胡蘿卜素。番茄紅素的化學結構決定了其具有很強的去除活性氧和自由基的能力,是一種有效的抗氧化劑。而且類胡蘿卜素，尤其是β-胡蘿卜素能抑制、清除體內自由基，可以延緩衰老和預防腫瘤、血栓、動脈粥樣硬化等疾病。類胡蘿卜素能增加免疫系統中B細胞的活力、消滅外源入侵的病原菌，能提高淋巴輔助T細胞的活力，協助B細胞產生抗體，并提高其他免疫組分的活性；還能增加自然殺傷細胞的數目，以消除機體內被感染的細胞或癌細胞。

在植物中，GGPS基因與其它酶共同作用下生成二萜、四萜和多萜化合物。GGPS是合成二萜、四萜和多萜的關鍵酶。煙草萜類化合物與煙葉香氣密切相關，它們不但作為重要的煙草香氣前體物存在于煙葉中，而且在煙氣中也發現了煙葉中具有的大部分類萜化合物。如二萜是葉面腺體膠質分泌物的主要組成成分，其主要成分是西柏三烯二醇，它的降解產物茄酮及其衍生物是重要的香味物質；四萜化合物類胡蘿卜素是煙葉中重要的致香物前體物，其降解產物如大馬酮、紫羅蘭酮、巨豆三烯酮等是煙葉中重要致香成分。在我國煙葉生產中，增加煙葉萜類化合物含量，特別是與香氣品質密切相關的香氣前體物質如二萜、類胡蘿卜素等在煙葉中的積累，可增加煙葉香氣量，改善煙葉香氣品質。因此，研究轉基因GGPS煙草具有重要意義。

植物類胡蘿卜素合成的步驟如下：3-甲基-3，5-二羥基戊酸(MVA)在酶的催化作用下合成異戊烯焦磷酸(IPP)，異戊烯焦磷酸(IPP)首先在異戊烯焦磷酸異構酶（IPI）的作用下生成帶有丙烯基結構的同分異構體二甲基丙烯焦磷酸（DMAPP）,?它是異戊稀合成途徑中必需的前體物質，DMAPP?和?IPP?經過連續的縮合依次生成牦牛兒基焦磷酸（GPS）、法呢基焦磷酸（FPP）、牦牛兒基牦牛兒基焦磷酸（GGPP）。兩分子的?GGPP?由八氫番茄紅素合成酶（PSY）催化聚合成八氫番茄紅素。八氫番茄紅素經過連續的脫氫反應生成順式結構的原番茄紅素（prolycopene），原番茄紅素在胡蘿卜素異構酶（CRTISO）的作用下異構成反式結構番茄紅素。番茄紅素隨后相應環化酶的催化下，生成?a、β-胡蘿卜素，并進一步生成其它類型的色素（Tanaka?et?al.,?2008）。

隨著人類對番茄紅素和類胡蘿卜素藥用價值及醫療保健作用的不斷發現，對番茄紅素和類胡蘿卜素的種類和產量的需求也將越來越大，然而，番茄紅素類胡蘿卜素很難用化學方法合成。現代分子生物學研究手段的發展，使得番茄紅素和類胡蘿卜素生物合成途徑中的一系列關鍵酶的基因被陸續分離鑒定，為通過DNA重組技術和遺傳工程調控生產番茄紅素和類胡蘿卜素開辟了道路，特別是通過類胡蘿卜素基因工程獲得“金色水稻”和“金油菜”，極大地增強了人們開展植物類胡蘿卜素基因工程的信心。