[发明专利]一个调控花生胚发育的细胞色素氧化酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一个调控花生胚发育的细胞色素氧化酶基因及其应用，并对其进行了功能鉴定，属于生物技术学领域。

背景技术

花生（Arachis hypogaea L.）是我国重要的油料作物，不仅很高的营养价值，而且含有丰富的脂肪和蛋白质，是全球最重要的四大油料作物之一。2011年我国的花生种植面积约为470万公顷，总产量已达1620万吨,占世界花生总产量的40%以上。据统计2011年中国植物油的平均自给率为30.9%，严依赖重进口。因此，花生生产对解决我国的粮食问题和食用油供应问题起着重要的作用。加大对花生研究及大力发展花生产业，具有重要的意义。花生产量在各种胁迫因子影响下会有不同程度的下降，而花生在南方沙质旱土缺钙土壤中常出现胚败育的现象。花生缺钙导致胚败育现象是国际花生界较为常见的生产问题，严重影响我国花生产量和质量。

细胞色素氧化酶是一类血红素硫醇蛋白，因其吸收峰在450nm处，故命名为P450。P450超家族成员间序列相似度往往较低。结构最保守的区域是在血红素核心区，反映出该超家族一个共同的反应机制就是电子传递和氧化作用。根据电子传递到催化中心的方式将该蛋白超家族分为四类：Ⅰ类需要FAD还蛋白和铁硫还蛋白；Ⅱ类仅需FAD/FMN还蛋白；Ⅲ类无需电子供体；Ⅳ类直接从NAD(P)H接受电子是典型的P450。由此看来陆生植物P450属于Ⅳ类，它催化植物体内广泛的初级/次级代谢的单加氧/羟基化反应，该反应需要NAD(P)H提供电子和分子氧。植物P450参与了细胞内各种初级、次级代谢途径产生生物碱、脂质、萜类等次生代谢产物和植物激素。植物P450超家族还是植物基因组中最大的超家族之一，占植物基因组1%以上。根据氨基酸序列来归类，如果两个P450的序列相似度大于40%则被归为同一个家族，序列相似度大于50%则被归为同一个亚家族。目前发现的陆生植物P450超家族总共可分为11个家族。而更为简单的分类法则直接把该超家族分为两种类型：A型和非A型。CYP71属于A型而其它10个家族属于非A型。

陆生植物P450参与了植物广泛的生物代谢过程，是植物体内化合物多样性的动力之一。主要包括生氰糖甙，芥子油甙，单萜至三萜以及苯丙酯类等物质的代谢。CYP71参与木质素、黄酮和生物碱等单萜或类倍半萜烯的合成。CYP51催化固醇合成过程中重要的去甲基化反应。陆生植物P450还参与了植物激素的合成和代谢。CYP710A、CYP85、CYP90和CYP724等参与油菜素内酯的代谢，催化固醇合成过程中重要的去甲基化反应。陆生植物P450还参与了植物激素的合成和代谢。CYP710A、CYP85、CYP90和CYP724等参与油菜素内酯的代谢，CYP710A基因产物又能被CYP88A氧化为GA。拟南芥中CYP735A参与细胞分裂素的羟基化作用。CYP79B2/B3参与合成吲哚乙酸。CYP707A属于CYP85家族，这一家族主要参与萜类植物激素等植物某些特定的代谢过程。拟南芥CYP707A基因编码了ABA 8’-羟化酶，是ABA代谢的关键酶。Jie Ren^[等发现甜樱桃（Prunus avium L）CYP707As和NCED1（编码ABA合成关键酶：9–顺式–环氧类胡萝卜素加双氧酶）在胁迫和果实成熟过程中维持着内源ABA的动态平衡。Seung Hwan Yang等将菜豆（Phaseolus vulgaris L）的四种CYP707As分别遗传转化烟草（Nicotiana sylvestris），转基因烟草都有不同程度的萎蔫，花、果跟野生型烟草相比明显变小，并且发芽率显著降低。Theodoros Matakiadis发现硝酸盐诱导拟南芥CYP707A2基因表达使内源脱落酸含量降低，种子的休眠期缩短。