[发明专利]紫杉二烯合酶TcTS2、编码核苷酸序列及其应用

说明书

本发明提供了一种紫杉二烯合酶TcTS2，编码核苷酸序列及其应用，涉及植物基因工程技术领域。TcTS2的氨基酸序列包含或由如下序列组成：a)SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列；或，b)与SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列具有至少80％序列相似性的功能性同源序列；或c)在SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列中添加、缺失、替换一个或多个氨基酸且具有TcTS2活性的氨基酸序列。TcTS2和编码TcTS2的核苷酸序列，为提高紫杉醇的产量提供了新的基因资源，可用于植物基因工程和代谢工程策略改造底盘宿主，生产紫杉醇及其中间体等，具有显著经济和社会价值。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种紫杉二烯合酶TcTS2，编码核苷酸序列及在合成巴卡亭III或紫杉醇中的应用。

背景技术

紫杉醇是一种二萜类生物碱，最早分离于短叶红豆杉Taxus brevifolia树皮中，是明星抗癌药物，广泛用于多种癌症的临床治疗。癌症是人类十大死亡原因之一，目前，世界上癌症年发病人数仍在1000万以上(WHO)，紫杉醇及其制剂是重要的一线抗癌药物。当前，紫杉醇的主要生产方式为半合成法，即首先通过提取天然前体巴卡亭Ⅲ(baccatinⅢ)和10-去乙酰巴卡亭Ⅲ(10-deacetylbaccatinⅢ,10-DAB)，然后化学合成紫杉醇(Li etal.,2015；Liu et al.,2016)，但该方法所用的前体物质仍依赖于植物提取，受制于植物或细胞资源，无法完全解决供应问题。

紫杉二烯合酶(Taxadiene synthase,TS)最早在短叶红豆杉中被克隆出来，紫杉二烯合酶(TS)催化牛儿基二磷酸(Geranylgeranyl Diphosphate,GGPP)环化反应生成紫杉二烯，紫杉二烯经过一系列的官能团反应生成巴卡亭Ⅲ，TS对紫杉醇的合成具有不可或缺的作用(Wildung et al.,1996)。

紫杉二烯合酶是催化紫杉醇母体紫杉烷骨架形成的第一步酶，其催化GGPP环化的效率和其他裸子植物的环化酶效率相比很低，此步骤是紫杉醇合成途径的限速步骤，TS被证实为慢速酶。因此，发掘具有更高酶活性的紫杉醇生物合成基因及其编码的酶具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明致力于提供一种紫杉二烯合酶TcTS2，提高催化GGPP环化的效率，使合成紫杉醇过程的中间体紫杉二烯、巴卡亭Ⅲ以及产物紫杉醇产量得到大幅度提高，显著降低紫杉醇药物的生产成本，有效解决市场上紫杉醇价格昂贵、供不应求的现状。

本发明第一方面提供了一种紫杉二烯合酶TcTS2，所述紫杉二烯合酶TcTS2的氨基酸序列包含或由如下序列组成：

a)SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列；或，

b)与SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列具有至少80％序列相似性的功能性同源序列；或

c)在SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列中添加、缺失、替换一个或多个氨基酸且具有TcTS2活性的氨基酸序列。

本申请的发明人在南方红豆杉Taxus chinensis var.maire中发现了一种新型紫杉二烯合酶基因，命名为TcTS2，并成功获得该基因的编码蛋白(即紫杉二烯合酶TcTS2，本发明中也命名为TcTS2)。功能分析发现TcTS2催化底物GGPP的效率显著高于另一类型的紫杉二烯合酶基因TcTS1，且在植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)胁迫下表现为诱导型表达模式。

在本发明的一种实施方式中，所述紫杉二烯合酶TcTS2的氨基酸序列为SEQ IDNO.1所示的氨基酸序列。