[发明专利]啤酒花短侧链脂肪酸CoA连接酶CCL2及其编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种啤酒花短侧链脂肪酸CoA连接酶CCL2及其编码基因和应用。

背景技术

啤酒花(Humulus lupulus L.)，也称作忽布、蛇麻花等，是二倍体(2n＝2x＝20)属于蔷薇目大麻科葎草属蛇麻种，是多年生攀缘草本植物，雌雄异株，雌花是由苞片复瓦状排列形成球果状花序，长3-4厘米，内层苞片下面生有大量黄色腺体腺毛。

啤酒花雌花主要用于酿造啤酒，是啤酒特有香味和苦味的主要来源，通常被认为是啤酒酿造的“绿色黄金”。2009年全球的啤酒销售额是4700亿美元，中国2008年的啤酒市场销售额大约1000亿人民币，无论是国内国外，啤酒销售市场仍在不断的扩大。啤酒爽口不爽口，很大程度上取决于啤酒花风味品质(其它因素还包括大麦芽和酵母菌株等)。啤酒花作为重要的经济作物而在我国中西部地区(新疆、甘肃、内蒙等地)有大面积种植，是当地农民的主要经济来源。我国啤酒花当前存在的主要生产问题是酒花品种单一，风味品质较差，高档啤酒制造所需酒花仍需要进口，仅在2008年我国就进口了总价值5千万美元的啤酒花。

啤酒花风味品质主要是由一些酒花特有的次生代谢物(萜类，苦味酸，黄腐醇)的含量及比例决定的，这些化合物生物合成和积累主要是在啤酒花腺体腺毛中完成。啤酒花香味主要来源于其精油成分，主要包括单萜(月桂烯Myrcene)和倍半萜(石竹烯Caryophyllene和啤酒花烯Humulene)等。啤酒花苦味主要来源于苦味酸(分为α-，β-两类)，其中α-苦味酸是含有两个异戊烯基团的芳香类化合物的总称(α-苦味酸在啤酒酿造过程中异构化产生苦味物质)，β-苦味酸的成分则是含有三个异戊烯基团芳香类化合物。除此之外，啤酒花腺体腺毛还合成积累大量的异戊烯基化的查耳酮(Prenylchalcone)，包括黄腐醇(Xanthohumol，Xan；Desmethylxanthohumol，DMX脱甲基黄腐醇)和少量异戊烯基化的黄酮(Prenylflavanone)，如6位或8位异戊烯基化的三羟黄烷酮等。(脱甲基)黄腐醇具有抗癌(尤其是前列腺癌)和抗氧化的功效(有效浓度低于10μM)，而且没有明显的毒副作用。苦味酸也表现出很好的药用前景，如防止肝脏星形细胞纤维化，诱导肿瘤细胞凋亡，调控人体脂类代谢平衡等功效。黄腐醇和苦味酸的这一系列功效也是当下比较认同“适量饮用啤酒有益健康”的理论基础，从某种意义上啤酒中黄腐醇和苦味酸有些像红葡萄酒中白藜芦醇(Resveratrol)的功效。但是，啤酒中的苦味酸，黄腐醇含量很低，而为达到保健功效成人需每天至少摄入150毫克左右，如何在不增加生产成本(加大啤酒花的使用量理论上可行，但很不经济)的情况下增加啤酒中苦味酸、黄腐醇含量是一个比较棘手的实际生产问题。因此提高啤酒花中苦味酸、黄腐醇含量也是啤酒花育种行业不断追求的目标之一。

早期的同位素示踪(¹³C)实验表明，苦味酸的芳香环母体骨架是由Valerophenone Synthase(VPS)催化一分子的Isovaleryl-CoA和三个分子的Malonyl-CoA反应而成。相应的基因(VPS基因)克隆和功能分析已经完成，尽管VPS基因表达的组织特异性与苦味酸在不同组织中的含量趋势有很好的相关性，但体外生化结果表明VPS基因并不能催化生成PIVP等预期的芳香环类产物，而是生成吡喃酮类副产物，而在啤酒花腺体腺毛中并没有发现吡喃酮类化合物的积累。VPS可能与代谢途径中其它蛋白(可能的候选蛋白包括异戊烯基转移酶，P450等)相互作用组成代谢通道(Metabolic channeling)直接生成苦味酸等终产物，预计的中间代谢产物(如PIVP)等在代谢反应过程中没有被释放出来。芳香类异戊烯基转移酶也是目前次生代谢领域的研究热点，一是因为该酶催化形成碳碳键(通常由于自由能势较高而难以形成)；二是因为异戊烯基化的产物通常比底物有更高的生物活性，应用前景很广泛。推测PIVP经两步异戊烯化反应形成脱氧葎草酮(Deoxyhumulone)，脱氧葎草酮随后经氧化反应生成终产物葎草酮(Humulone)，PIVP经连续三步异戊酰化反应生成蛇麻酮(Lupulone)。

对人类而言，很多植物次生代谢物具有治疗疾病的重要功能，如治疗疟疾的特效药青蒿素，抗癌药物紫杉醇等。到目前为止，植物次生代谢化合物依然是探寻新药的重要方向之一。

发明内容

本发明的目的是提供啤酒花短侧链脂肪酸CoA连接酶CCL2及其编码基因和应用。