[发明专利]小麦肉桂醇脱氢酶及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种肉桂醇脱氢酶及其编码基因与应用，特别涉及一种来自于小麦的肉桂醇脱氢酶及其编码基因与其在培育抗倒伏植物中的应用。

背景技术

在包括蕨类、裸子植物和被子植物在内的维管植物中，木质素的出现对于植物向陆生进化具有重要作用，它使植物能够适应比较干燥的外界环境，并向更大的空间发展，从而形成了更为多样化的植物类群(Peter，G.and Neale，D.，2004，Current Opinion in Plant Biology 7：737-742)。木质素的合成对于植物的生长发育也具有重要作用。木质素主要沉积在植物的导管、射线、厚壁细胞等的细胞壁上，能够增加细胞壁的机械强度，降低其通透性，因此，木质素的合成增强了植物的机械支持作用。在植物受伤和受到病虫害侵袭时，植物细胞能够迅速木质化以有效地保护其内部组织免受进一步的危害，因此增强了植物对于外界机械损伤和病虫害侵袭的抵抗力(Boerjan，W.，Ralph，J.，Baucher，M.，2003.Annu.Rev.PlantBiol.，54：519-546.)。

木质素属高分子有机酚类化合物，在地球上所有高分子有机化合物中，其含量居纤维素之后，居第二位。在植物体中通常占干重的10-20％，在树木中甚至可达30％。木质素生物合成是以苯丙氨酸为前体，经过一系列酶促反应，形成几种简单酚类的醇衍生物，被称为木质素单体(monolignol)，再由这些木质素单体聚合形成高分子木质素。构成木质素的单体主要有三类，即香豆醇(p-coumaryl alcohol)、松柏醇(coniferyl alcohol)和丁香醇(sinapyl alcohol)。这三类化合物在结构上的区别是甲氧基的数量。

不同种类的植物其木质素在组成上有明显的区别。裸子植物的木质素主要由松柏醇组成，双子叶植物的木质素由松柏醇和丁香醇组成，而单子叶植物的木质素则包括香豆醇、松柏醇和丁香醇等三种单体。此外，植物在不同的发育时期、不同的环境条件以及不同的部位，其木质素的组成也有明显的差异。

木质素的生物合成反应涉及如下几个基本过程：(1)苯丙氨酸经过氨解作用形成肉桂酸(苯丙稀酸，cinnamic acid)，(2)羟基化和转甲基，在苯环的不同部位形成羟基和甲氧基，(3)己酰化，即在羧基侧链己酰化，(4)还原反应，使羧基侧链经过醛基最后形成醇(Zhan-Bin Lin，Qing-Hu Ma，Yang Xu，2003.Progress in Natural Science，13：321-328)。

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase，CAD，EC 1.1.1.195)负责催化木质素合成的最后一步的氧化还原反应，即将各种醛类还原形成三种醇类包括香豆醇、松柏醇和丁香醇，这三种醇类既是木质素单体，再由这些木质素单体聚合形成高分子木质素。肉桂醇脱氢酶决定了植物体木质素合成的量和不同单体组成，是木质素合成反应中具有控制作用的关键酶。

从20世纪70年代起，就有研究人员在连翘(Gross，GG等，1973，FEBS Lett.31：283-286)和柳树(Mansell，RL等，1974，Phytochemistry 13：2427-2435)等植物中报道过肉桂醇脱氢酶的活性，进一步从大豆(Wyrambik，D等，1975，Eur JBiochem 59：9-15)、烟草(Halpin，C等，1992，Plant Physiol 98：12-16)、桉树(Goffner，D等，1992，Planta 188：48-53)、火炬松(O’Malley，DM等，1992，Plant Physiol 98：1364-1371)，云衫(Galliano，H等，1993，Phytochemistry32：557-563)、土当归(Hibino，T等，1993，Phytochemistry 32：565-567)和菜豆(Jacqueline Grima-Pettenati，J等，1994，Phytochemistry 37：941-947)中得到了纯化的酶蛋白，对其生化特点的初步研究证明它属于NADP类氧化还原酶。