[发明专利]一种控制三角梅甜菜色素合成的新多巴双加氧酶基因

说明书

技术领域

本发明涉及一个控制植物甜菜色素合成的基因及其编码产物与应用，特别是涉及一个与三角梅（Bougainvillea Spectabilis）的甜菜色素合成有关的基因及其编码产物与应用。 

背景技术

甜菜色素是一种类似于花青苷的植物次生代谢物（Lee and Collins 2001），包括两种：甜菜黄素（betaxanthin）和甜菜红素（betacyanin）,甜菜红素主要显示红色、紫色、粉色等，甜菜黄素主要表现黄色、桔色等（Grotewold 2006）。甜菜色素对植物本身的意义除了使花朵美丽吸引传粉者繁衍后代（Gandía-Herrero et al. 2005a），和实现其花朵和果实经济价值的重要手段（Mabry 1980）外；生理上，它的存在对植物本身抵抗逆境如干旱胁迫和过氧化胁迫也起着重要作用(Bothe, 1976；Stintzing et a1., 1999，2003; Butera et a1., 2002；Cai et a1., 2003；Sepúlveda-Jiménez, 2004)。此外，甜菜色素也具有花青素类似的抗氧化作用（Grotewold 2006），这种抗氧化作用比膜保护剂Trolox (VitE 类似物)还要显著 (Chrisfinet et al. 2004; Stintzing et a1. 2005)。甜菜色素的这些诸多优良特性使得它已经成长为食品健康保健领域的一只新秀（Moahammer et a1. 2005；Kirsten et al. 2006）,其应用已成为未来的开发热点。甜菜色素以上这些特性与花青素很多相似之处，然而到目前为止甜菜色素和花青素在自然界中分布却是排斥分布的(Stafford 1994；Cuenoud et al. 2002), 所以甜菜色素经常被用来作为一种重要的化学分类指标(Stafford 1994；Cuenoud et al. 2002)。 

自然界中的高等植物的花和果实的颜色绝大多数是由于植物体能够合成一类属于花青素的色素，而只有石竹目(Caryophyllales)其中的9个科的植物能合成甜菜色素而不能合成花青苷(Steglich and Strack 1990；Clement and Mabry 1996) 。这9个科包括紫茉莉科(Nyctaginacea)、仙人掌科（Cactaceae）、藜科（Chenopodiaceae）、马齿苋科（Portulacaceae）、苋科（Amaranthaceae）、番杏科（Aizoaceae）、商陆科（Phytolaccaceae）、落葵科(Basellaceae)以及龙树科 (Didiereaceae)。甜菜色素代谢虽然在自然界只占很少一部分，近年来却因其代谢产物各种优良的生理功能以及因与花青素的排斥分布之谜而备受科学家的关注（Chrisfinet et a1. 2004；Kugler et al. 2007；Sasaki et al. 2009；Brockington et al. 2011）。 

甜菜色素代谢机理方面的研究起步比较晚，只有最近几年有较少的报道。甜菜素合成的可能基本途径如图1。酪氨酸在酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase)的作用下形成多巴(3，4-二羟基苯丙氨酸) (Yamamoto et al. 2001)，多巴在酪氨酸酶（tyrosinase）或一个多酚氧化酶（polyphenol oxidase）的氧化作用下形成多巴醌（dopaquinone），然后自发形成环状多巴(cyclo-dopa)（Steiner et al. 1999;Yamamoto et al. 2001）；另一合成支路是多巴在4, 5-多巴双加氧酶（4, 5-Dopa-dioxygenase）的作用下形成开环多巴(4, 5-seco-Dopa)，环状多巴和开环多巴继而自发反应生成甜菜素的基本生色团——甜菜醛氨酸（betalamic acid） (Grotewold 2006)；甜菜醛氨酸和环状多巴自发缩合形成甜菜苷配基（betanidin）(Kobayashi et al. 2001)，甜菜苷配基在葡糖基转移酶(betanidin 5-O-glucosyltransferase)的作用下在C-5或者C-6位连接上糖基，形成甜菜苷(betanin)，在液泡中积累。甜菜醛氨酸在氨基酸或者胺存在条件下自发与之结合则形成甜菜黄素 (Strack et a1. 2003) 。