[发明专利]一种姜花倍半萜合成酶基因HcTPS12及其应用

说明书

本发明公开了一种姜花倍半萜合成酶基因HcTPS12及其应用。所述HcTPS12基因的全长cDNA序列如SEQ ID NO:1所示，编码序列如SEQ ID NO:2所示，其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示。所述HcTPS12基因在姜花叶组织中表达量较高，在根茎和花等器官几乎不表达，并且其表达量受叶片发育的调控。将HcTPS12的外源重组蛋白催化底物后可以生成倍半萜药用成分红没药烯，可用于制备红没药烯及进一步制备精油、香精和药物；将HcTPS12连接植物转化载体，然后导入姜花或其它植物细胞中，可获得表达所述基因的转基因植株；还根据本发明所述基因序列信息产生特异性的分子标记，用于鉴定姜花或其它植物的倍半萜红没药烯合成酶基因，用于分子标记辅助选择育种，从而提高育种的选择效率，具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，更具体地，涉及一种姜花倍半萜合成酶基因HcTPS12及其应用。

背景技术

姜花是姜科姜花属多年生草本植物，在印度地区是一种传统的药用植物(Ray,etal.,2016)。从姜花根茎、花瓣和叶片中可以提取出大量精油，研究表明姜花精油具有抗菌、抗氧化及消炎等药用特性，同时广泛应用于护肤品、香精香料等行业，并且主要成分为萜烯类化合物(Santos,et al.,2010；Dixit,2018)。萜类物质是一类由数个异戊二烯(Isoprene，C5)结构单位构成的化合物的统称，根据其结构单位数目的不同，可分为单萜(Monoterpene，C10)、倍半萜(Sesquiterpene，C15)和二萜(Diterpene，C20)等(Martin etal.,2015)。其中倍半萜是重要的药用成分，同时还是重要的香精成分。据报道，倍半萜紫杉醇可以用来治疗肿瘤(吴娜等，2016)，倍半萜青蒿素是治疗疟疾的特效药(Mann,et al.,2000)。倍半萜红没药烯具有抗痒、消炎和抗癌等作用，同时是重要食用香精(庞亚如和胡智慧等,2018)。

萜类合成酶(TPS)是萜类物质生物合成的末端关键酶，它直接决定萜类产物的种类、数量和产量。根据TPS催化形成的产物的不同，将TPS分为单萜合成酶(MonoTPS)、倍半萜合成酶(SesquiTPS)和二萜合成酶(DiTPS)，它们分别催化底物GPP、FPP和GGPP形成相应的单萜、倍半萜和二萜产物。

萜类合成酶是萜类化合物生物合成的关键酶，因此也成了萜类生物合成过程中研究最多和最深入的酶类，自1992年在烟草中克隆了两个倍半萜合成酶基因(Facchini andChappell,1992)以来，科学家已在40多种植物中克隆了200多个单萜和倍半萜合成酶基因(Degenhardt et al.,2009)，涉及农作物(Chen et al.,1995；Kollner et al.,2008；Yuanet al.,2008；Chen et al.,2014)、针叶类植物(Bohlmann et al.,1999；Martin et al.,2004)、药用植物(Deguerry et al.,2006)、香料植物和观赏植物以及拟南芥(Chen etal.,2003)等模式植物。

目前，国内对姜花萜类合成酶的研究主要集中在单萜合成酶基因上，然而对姜花倍半萜合成酶基因却鲜有报道。克隆倍半萜合成酶基因是对姜花倍半萜成分形成机理研究的前提，为以后全面阐述姜花倍半萜成分形成和调控机理及通过基因工程手段提高姜花倍半萜成分的含量奠定理论基础。

红没药烯是一种植物来源的倍半萜烯天然活性化合物，它在自然界中分布也较为广泛，主要存在于天然的植物精油中。根据双键位置的不同可分为3种同分异构体：α-红没药烯、β-红没药烯和γ-红没药烯；红没药烯有类似果香和香脂的气味，其中β-红没药烯有类似香油的气味，可以作为食用香精及日化香精；红没药烯也是极具潜力的新型生物燃料；β-红没药烯和γ-红没药烯还具有抗痒、消炎的功能和抗癌活性。此外，红没药烯也是多种高附加值工业产品合成的前体物质，如生物燃料、生物塑料、化妆品、保健品及药品等。