[发明专利]编码黄酮合酶的基因

说明书

技术领域

本发明涉及通过基因工程技术控制和利用黄酮的生物合成，黄酮对植物中花的颜色，防紫外线的保护作用，与微生物的共生等有影响。更具体地，本发明涉及编码蛋白质的基因及其应用，所述蛋白质具有由黄烷酮合成黄酮的活性。

发明背景技术

五彩缤纷的不同花色是生活中令人愉快的事情，它能丰富人们的思想和内心世界。通过与微生物共生而加速植物生长，或通过增加豆科固氮细菌的数目从而使土壤中氮含量的增加而改良植物生产能力，希望可增加粮食产量以迎合将来人口增加的需求。要想获得更加符合环保要求的农业，需要消除或降低农药的使用，这就需要通过上述生物学方法改良土壤，并需要植物对微生物感染具有较高的抗性。另一个想达到的目标是得到防紫外线保护性功能较强的植物以保护植物免受臭氧层遭破坏的影响。

“类黄酮”是具有C6-C3-C6碳骨架的一组化合物的通称，它们广泛分布于植物细胞中。已知类黄酮具有吸引昆虫和其它传粉者的功能，可保护植物免受紫外线的侵袭，并参与与土壤微生物的相互作用(BioEssays，16(1994)，Koes等，p123；Trends in Plant Science，1(1997)，Shirley，B.W.，p.377)。

在类黄酮中，黄酮在植物与微生物的相互作用中起着重要作用，尤其是在豆科植物中更是如此，其中它们参与了与豆科细菌共生的起始步骤(植物细胞，7(1995)，Dixon和Paiva，p.1085；植物病理学年评，33(1995)，Spaink，p.345)。花瓣中的黄酮在被昆虫识别方面起作用并可用作辅色素而与花青苷形成复合物(Gendai Kagaku，(May，1998)，Honda和Saito，p.25；Prog.Chem.Org.Natl.Prod.，52(1987)，Goto，T.，p.114)。已知当黄酮与花青苷形成复合物时，花青苷的吸光度最大值往较长的波长偏移，即往蓝色方向偏移。

已广泛研究了类黄酮的生物合成途径(植物细胞，7(1995)，Holton和Cornish，p.1071)，已分离出参与花青素3-葡糖苷和黄酮醇生物合成的所有酶的基因。然而，尚未分离出参与黄酮生物合成的基因。合成黄酮的酶包括依赖于2-氧化戊二酸的属于双加氧酶家族的酶(黄酮合酶I)和属于细胞色素P450家族的单加氧酶(黄酮合酶II)。这些酶是没有结构同源性的完全不同的酶。

据报道，在欧芹中，依赖于2-氧化戊二酸的双加氧酶催化由柚苷配基(一种黄烷酮)生产芹菜苷配基(一种黄酮)的反应(Z.Naturforsch.，36C(1981)，Britsch等，p.742；Arch.Biochem.Biophys.，282(1990)，Britsch，p.152)。已知其它类型的黄酮合酶II存在于金鱼草(Z.Naturforsch.，36C(1981)，Stotz和Forkmann，p.737)和大豆(Z.Naturforsch.，42C(1987)，Kochs和Grisebach，p.343；Planta，171(1987)，Kochs等，p.519)中。最近，有人报道了大丁草花瓣中的基因座和黄酮合酶II活性之间的相关性(植物化学，49(1998)，Martens和Forkmann，p.1953)。然而，无人报道已分离出黄酮合酶I和II的基因或已高度纯化了黄酮合酶II。

研究了细胞色素P450蛋白的特性，该蛋白质具有甘草二酮-合成活性，当用诱发剂处理经培养的甘草(Glycyrrhiza echinata)细胞时可诱导该活性。据信该蛋白质可催化甘草根亭配基(其为5-脱氧黄烷酮)第2位的羟化，接着非酶促打开半缩醛环，产生甘草二酮(植物生理学，105(1994)，Otani等，p.1427)。为了克隆甘草二酮合酶，由经诱导剂处理的甘草培养细胞制备cDNA文库，克隆出8个编码细胞色素P450的基因片断(植物科学，126(1997)，Akashi等，p.39)。