[发明专利]催化天麻素合成的糖基转移酶及编码该酶的基因及应用

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体地，涉及两种催化天麻素合成的糖基转移酶及应用。

背景技术

天麻是兰科植物天麻(Gastrodia elata B1.)的茎块，为常用名贵中药。植物天麻生于疏林下，林中空地、林缘，灌丛边缘，海拔400-3200米，已被世界自然保护联盟(IUCN)评为易危物种，并被列入《濒危野生动植物物种国际贸易公约》(CITES)的附录Ⅱ中，同时也被列入中国《国家重点保护野生植物名录(第二批)》中，为Ⅱ级保护植物。其根茎入药用以治疗头晕目眩、肢体麻木、小儿惊风癫痫抽搐等症。另据研究表明，天麻还具有刺激神经系统、健脑、延缓衰老、增强机体免疫力和预防骨质疏松等作用。天麻的主要药用活性成分是天麻素及其苷元对羟基苄醇等。近年来，以天麻素作为主要原料生产的药剂和食品等产品种类越来越多，其苷元对羟基苄醇是一种具有重要工业价值的酚类化合物，对羟基苄醇及其衍生物是多种有机化合物的合成前体。人们对天麻素及其苷元对羟基苄醇的关注程度不断提高。除天麻素和对羟基苄醇外，天麻植物中还含有其它一些化学物质，例如，对羟基苯甲醛。对羟基苯甲醛主要用于医药工业和香料工业的重要中间体，目前工业生产主要有苯酚、对甲酚、对硝基甲苯等原料路线。

天麻素(Gastrodin,GAS)具有以下特征：化学名称为4-(hydroxymethyl)phenyl beta-D-glucopyranoside，分子式为C₁₃H₁₈O₇，分子量为286.1053，CAS号为62499-27-8，结构式为其苷元对羟基苄醇(4-Hydroxybenzyl alcohol)具有以下特征：化学名称为p-Hydroxybenzyl alcohol，分子式为C₇H₈O₂，分子量为124.0524，CAS号为623-05-2，结构式为

目前，天麻素的生产主要是通过化学合成及对天麻植株进行萃取。化学合成法从前体开始需要多步反应,且副产物多、反应专一性差,另外该过程中需要使用毒性较强的溴素、红磷等物质造成了严重的三废问题；植株萃取法存在含量太低,资源浪费、成本高、破坏生态环境等缺陷，比如西藏波密县仿野生种植天麻的天麻素含量在0.41-2.28g/kg，其平均含量为0.88g/kg，而野生天麻的天麻素含量不到其四分之一。除化学合成和植株萃取外，微生物转化及组织培养生产天麻素也是研究热点。

周俊等以对溴代2′,3′,4′,6′-四乙酰-α-D-吡喃葡萄糖及对羟基苯甲醛为原料，成功合成了天麻苷。(周俊，杨雁宾，杨崇仁，天麻的化学研究Ⅱ-天麻苷及其类似物的合成，化学学报，1980,38(2):162-166)。

戴晓畅等以溴代乙酰糖基化化合物中间体和酚性化合物为底物，探索出了一种无需红磷和溴素合成天麻苷的方法，产率在20％左右。(戴晓畅，彭啸，吴松福，杨万松，毛宇，天麻素及其类似酚性糖甙的化学合成工艺研究，催化学报，2004,13(2):83-85)。

朱宏莉等在38株霉菌和12株细菌中筛选出一株华根霉(Rhizopus chinensis Staito AS3.1165)，具有将对羟基苯甲醛转化成天麻素的能力。转化过程中发挥主要作用的是糖基化酶和还原酶；底物对羟基苯甲醛的转化率为87.6％，天麻素的得率为11％。(朱宏莉，宋纪蓉，黄建新，张嘉，马震宇，杨明琰，微生物转化法合成天麻素，药学学报，2006,41(11):1074-1077)。

蔡洁等报道了在人参毛状根中进行天麻素的生物合成，在B₅液体培养基中培养22天的人参毛状根，添加1M对羟基苄醇的生物转化，24h合成的天麻素含量占干重的6.65％，对羟基苄醇的转化率达到84.8％。(蔡洁，家宜，华亚男，李楠，人参毛状根生物合成天麻素转化体系的建立，植物资源与环境学报，2005,14(2)：29-31)。

化学合成工艺较为成熟，但是由于重金属催化剂的添加会对环境造成较大破坏；而不需要红磷和溴素的化学合成方法，得率较低；微生物转化效率较低，需要添加外源底物；植物组织培养反应周期长，效价较低。至今还没有天麻素微生物从头合成的相关报道。因此，实现天麻素的微生物体内生物全合成途径具有重要的科研价值及社会效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供催化天麻素合成的糖基转移酶。