[发明专利]调控人参皂苷转运与积累的PgPDR1基因及其编码蛋白和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物基因工程技术领域，涉及改良植物性状，具体是促人参皂苷生物合成、转运与积累的相关基因及其蛋白和应用。本发明在提高人参等植物中人参皂苷含量方面有着重要的应用价值。

背景技术

人参（P.ginseng C.A.Meyer）为五加科人参属多年生草本植物，是名贵中药材。人参中含有多种药用成分，其中人参皂苷是人参最主要的活性成分。目前已从人参根中分离出50余种人参皂苷，现代医学研究证明各皂苷单体具有重要的药用价值，且已广泛应用于临床。但是其中一些具有抗肿瘤、抗衰老、抑制细胞凋亡和增强免疫力等活性强的皂苷含量极低。近年来，国内外对利用人参细胞培养等技术生产人参皂苷进行了广泛和深入的研究，但其含量仍较低，远不能满足市场的需求。

在植物次生代谢调控中，可以通过导入关键酶等基因调控合成途径中的多步限速反应，并促进次生代谢产物的合成；或通过诱导跨膜转运蛋白将合成的代谢产物转运到细胞外或细胞器中得以积累，利用转运系统使合成代谢向积累方向转变，从而提高次生代谢产物含量。通过人参皂苷的转运机制，进而促进人参皂苷合成与积累，有望成为人参皂苷高产调控的新策略。

植物ABC（ATP-binding cassette transporter）转运蛋白是目前已知最大，功能最广泛的蛋白家族，ABC转运蛋白属跨膜运输蛋白，利用水解ATP释放的能量转运有机酸、生物碱、细胞代谢产物和药物等。参与细菌耐药性、次生代谢产物积累、胁迫反应和肿瘤抗药性等。ABC转运蛋白家族包括多向耐药性蛋白（pleiotropic drug resistance，PDR），多药耐药性蛋白（multidrug resistance，MDR）等。PDR是其中最大的亚族，是植物和真菌中特有的一种ABC转运蛋白。但目前对植物PDR基因相关研究甚少，离体细胞培养中，香紫苏醇可诱导NpPDR1基因上调表达，在细胞内NpPDR1蛋白累积增强了细胞向胞外转运香紫苏醇以及其类似物的能力。拟南芥（A.thaliana）细胞内香紫苏醇的累积亦能诱导AtPDR12基因上调表达，同时在细胞外检测到AtPDR12蛋白向胞外转运的香紫苏醇，推测萜类物质可能是AtPDR12基因表达的上游调控物质。因此，PDR蛋白可能通过转运内源性抗真菌二萜类物质参与植物防御反应。此外，尚无植物PDR蛋白转运更复杂萜类分子的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种能够调控人参皂苷转运与积累相关的基因、由该基因编码的蛋白及其应用，为今后开发基因工程产品奠定基础。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种调控人参皂苷转运与积累的PgPDR1基因，其基因序列如SEQ ID N0.1所示。

本发明还提供了一种用于扩增PgPDR1基因的简并引物对，所述引物对如SEQ ID N0.5和SEQ ID N0.6所示。

本发明还提供了含有PgPDR1基因重组载体，具体包括：植物表达载体pCAMBIA1301，即，将PgPDR1基因克隆到空载体pCAMBIA1301中，获得重组载体pCAMBIA1301-PgPDR1；原核表达载体pET28a，即，将PgPDR1基因克隆到空载体pET28a中，获得重组载体pET28a-PgPDR1。PgPDR1基因亦可克隆到其他空载体中，或制备成转基因细胞及重组菌。

本发明还提供了PgPDR1基因在调控人参皂苷转运与积累中的应用；PgPDR1基因在人参育种中的应用。

本发明还提供了一种由SEQ ID N0.1所示PgPDR1基因编码的蛋白，该蛋白的序列如SEQ ID N0.2所示。

本发明还提供了SEQ ID N0.2所示蛋白在调控人参皂苷转运与积累中的应用，以及该蛋白在人参育种中的应用。

本发明利用现有的植物基因工程技术，利用植物PDR基因同源性设计简并引物，采用简并引物PCR技术和RACE等方法分离与鉴定人参皂苷转运与积累相关的基因序列，并通过根癌农杆菌介导法将基因转入烟草，经过异源表达鉴定证明PgPDR1基因对人参皂苷的转运功能。本发明人参ABC转运蛋白基因PgPDR1序列如SEQ ID NO.1所示，其编码的蛋白序列如SEQ ID NO.2所示。研究发现PgPDR1基因表达具有组织特异性且与人参皂苷的积累有关。初步表明所述PgPDR1基因具有促进人参皂苷合成、转运和积累方面的功能。可以通过该基因或其衍生物筛选或改良人参甚至其它植物，获得人参皂苷含量高的优良植物品种。亦可以采用人参组织培养或转基因植物生产Rb、Re和Rg等人参皂苷单体。

附图说明