[发明专利]人参PgHDZ01基因及其在提高人参皂苷含量方面的应用

说明书

本发明公开了一种人参PgHDZ01基因，它的碱基序列如序列表SEQ ID NO.1所示；一种植物超表达载体，它插入了如序列表SEQ ID NO.1所示的基因；所述的人参PgHDZ01基因在提高人参总皂苷含量方面的应用；培养的人参发状根单根系，有3个转基因阳性单根系的人参总皂苷含量与转化空载的阴性对照相比显著上升，同时有5个转基因阳性单根系的Rb1含量与转化空载的阴性对照相比显著上升。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及人参PgHDZ01基因及其在提高人参皂苷含量方面的应用。

背景技术

人参(Panax ginseng C.A. Meyer)是伞形目、五加科、人参属多年生草本植物，具有极高的药用价值、研究价值及经济价值。人参主根入药的文字记载可追溯至至少2,000年前，《神农本草经》及《本草纲目》等中药典籍将其列为中药上品；现代医学研究表明，其在治疗疾病及保健方面具有重要功能。人参作为孑遗植物，生长环境要求严苛，基因组结构复杂，在物种基因组进化等方面具有重要研究价值。

人参皂苷属于三萜类物质，是人参属植物的次生代谢产物，同时也是其特有的特征性药效成分。目前从人参属植物中已分离出150余种人参皂苷，按其结构可分为三大类：五环三萜的齐墩果烷型 (oleanene type) 皂苷，四环三萜类的达玛烷型 (dammarane-type) 皂苷及奥克梯隆型 (ocotillo-typ)皂苷。其中达玛烷型皂苷又可根据苷元的不同而分为原人参二醇类(protopanaxadiol，PPD)，如Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Rg3、Rh2等；与原人参三醇类(protopanaxatriol，PPT)，如Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1、Rh3等。不同人参单体皂苷被证明在抗癌、抗炎、保护心脏、保护肝脏、修复神经系统、恢复认知等诸多方面具有重要治疗作用，同时在提高免疫力、抗疲劳等方面具有保健功能。

人参皂苷生物合成途径包括甲羟戊酸合成途径(mevalonic acid, MVA) 与甲基赤磷酸合成途径 (methylerythritol phosphate, MEP)，其中MVA途径存在于细胞质中，是人参皂苷生物合成的主要途径；MEP途径存在于叶绿体中，是人参皂苷生物合成的补充途径。在人参皂苷的合成过程中，已有许多编码执行催化作用的关键酶基因被鉴定与克隆，但依然有一些合成过程及其催化酶尚未明确。另外，人参皂苷的合成过程受到植物机体的整体调控，可能有许多调控因子，如转录因子等参与其中。

同源异型域-亮氨酸拉链 (HD-Zip) 基因家族是植物中特有的转录因子基因家族，其编码蛋白由同源异型结构域 (Homeodomain, HD) 与亮氨酸拉链结构域 (Homeoboxassociated leucine zipper, HALZ) 为基础结构域构成，另外可根据所含有的其他保守结构域或保守基序，如START、MEKHLA、CPSCE等，而被划分为四个亚家族（类型）。该家族基因编码蛋白广泛参与植物耐旱、耐盐、抗病、耐寒或耐热等逆境胁迫，在植物胚胎、根、茎、叶、花等组织器官的发育中其重要调节作用，并且被证明参与调控不同植物中甾醇、黄酮等次生代谢产物的合成。

人参发状根是利用发根农杆菌对人参材料进行遗传转化后，由其中的Ri质粒诱导产生的人参培养材料类型，具有遗传稳定、激素自养、生长快速等优点。人参发状根不但可以用于人参皂苷的生产，同时成为了人参分子生物学及基因工程等相关研究的基础材料。一方面，可以利用不同的诱导子及非生物胁迫对人参发状根进行处理，在表型显著变化的条件下，研究相关基因的表达及功能；另一方面，可以将重要功能基因通过人参发状根进行超表达或基因沉默，以验证基因功能。由于人参发状根具有遗传背景清晰、培养周期短、培养不受季节限制、对环境污染小、品质均一等诸多优点，为人参的相关基础研究提供了优质的材料，同时弥补了栽培人参产品无法满足的加工与应用市场，在人参相关的科研及应用领域具有无法替代的重要作用。

发明内容