[发明专利]海带中编码磷酸葡萄糖变位酶的基因、及其蛋白和用途

说明书

本发明属于生物技术领域，具体属于基因工程领域，更具体涉及一种海带中编码磷酸葡萄糖变位酶的基因、及其蛋白和用途。所述的编码基因命名为SjaPGM2基因，SjaPGM2基因的序列如SEQ ID NO：1所示，其编码的蛋白质命名为SjaPGM2蛋白，序列如SEQ ID NO：2所示，是一种PGM。本发明提供的SjaPGM2蛋白同时兼具相对现有技术更高的催化活力、相对更加优异的金属离子稳定性和热稳定性、更加温和的最适反应温度、以及更高的催化效率，更加适用于改善植物营养品质，本发明为PGM的基因工程应用提供的非常合适的基因和蛋白质资源。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体属于基因工程领域，更具体涉及一种海带中编码磷酸葡萄糖变位酶的基因、及其蛋白和用途。

背景技术

磷酸葡萄糖变位酶基因(PGM)是普遍存在于生物体内的一种基因，泛存在于植物、动物和微生物中，它所编码的磷酸葡萄糖变位酶(Phosphoglucomutase，PGM)的主要生物学效应是参与催化葡萄糖-1-磷酸(G-1-P)和葡萄糖-6-磷酸(G-6-P)之间的可逆转化，该作用与生物体的糖代谢密切相关。这一反应机制包括了两个磷酸基的转移反应：首先磷酸基团从磷酸葡萄糖变位酶活性部位中的丝氨酸转移到底物，生成1，6-二磷酸葡萄糖(Glucose-1,6-P)中间体。然后再由中间体将磷酸基团转移回磷酸葡萄糖变位酶，同时完成产物的合成和酶再生过程。在PGM反应中具有专一性的一个步骤是PGM在其催化中心的丝氨酸残基上的自动磷酸化作用，这在有机体糖原的合成以及利用过程中起到中枢的作用。

研究表明，质体型PGM是参加植株淀粉合成的关键酶之一,因此缺乏质体型PGM活性的拟南芥和烟草的突变株则无法积累淀粉；胞质型PGM则与蔗糖的合成与转化有关,在植物的蔗糖分解途径中占有关键位置。由此可见,PGM所参与的反应是连接叶绿体内的卡尔文循环及淀粉代谢和细胞溶质内的蔗糖代谢过程的重要组成部分。

由于PGM在植物的淀粉合成及蔗糖分解途径中的中枢作用，开发或利用PGM基因的生物工程方面的研究具有重要的理论和实际意义。在实际应用中，利用转基因手段使PGM基因在植物中进行正义或反义表达可使植物叶片中的淀粉含量增加或可溶性糖含量增加，这在改善植物营养品质方面具有重要的应用价值。

因此，开发提供数量更多或性质丰富的PGM基因及其蛋白资源可以为PGM的实际应用提供坚实的基础。

目前已经进行性能研究的PGM主要存在以下缺陷：(1)大部分PGM的催化活力相对很低，根本无法用于工业生产，例如文献1和2中公开的PGM；(2)某些催化活力尚可的PGM对金属离子的耐受性相对较差，例如文献3中公开的PGM；(3)某些活力尚可的PGM的最适反应温度过于极端，例如文献2、4和5中公开的PGM，其最适反应温度甚至高达70℃和90℃，而生物体的常规温度在30-37℃左右，过高的温度下植物体将会发生死亡，这就使得这些PGM其在植物体的常规温度下活力明显降低，因此根本不可能在植物体中正常发挥催化活力。

综上所述，尽管目前对PGM资源有一定的开发，然而其数量与性质远远不能满足实际需求。在利用PGM基因工程改善植物营养品质方面的应用中，需要一种兼具高催化活力、高耐受性、以及适用于植物体的温和的最适反应温度的PGM。遗憾的是，目前并没有报道这样PGM资源。

本发明在对海带中的功能基因进行研究时，意外地发现海带中的一种PGM基因不仅催化活力相对更高，并且具有优异的金属离子稳定性和热稳定性，更重要的是，其最适反应温度更加温和，非常适用于植物营养品质改善的PGM基因工程。