[发明专利]修饰类异戊二烯含量、组成和代谢的材料与方法

说明书

发明的技术领域

本发明涉及修饰植物和其他生物中类异戊二烯含量、组成和代谢的材料和方法。尤其特别地，本发明涉及类异戊二烯化合物例如萜类化合物和类固醇化合物的合成中涉及的多肽，编码这些多肽的多核苷酸，这些多肽的表达，以及调节这些多肽的组成和/或表达水平并由此调节类异戊二烯含量、组成和代谢的方法。

背景技术

类异戊二烯组成了一个天然存在的化合物的大家族，已被描述的不同化合物超过20,000种。类异戊二烯包括维生素A，D，E和K，这些当初是作为对动物的正常生长至关重要的脂肪材料以及作为多种生物色素而被认识的。在植物中，包括萜类化合物和类固醇化合物在内的类异戊二烯化合物，包括激素如赤霉酸和脱落酸，色素，电子载体，膜成分(植物甾醇类)，植物毒素，抗生素，香料如薄荷醇，维生素，大分子化合物如橡胶和杜仲胶，及其他。

异戊二烯化合物，或含异戊(间)二烯基的脂质，是由一或多个基本的异戊二烯骨架(C₅)组成，后者经甲羟戊酸-5-焦磷酸脱羧作用形成。由异戊烯焦磷酸(“活性异戊二烯”或“IPP”)和同分异构的二甲基烯丙基焦磷酸经“头-尾”缩合作用可以形成香叶基焦磷酸(C₁₀)。再键连上一个C₅单位，则形成焦磷酸法呢酯(C₁₅)。通过“头-尾”或“尾-尾”缩合进一步延伸产生C₂₀，C₃₀和C₄₀化合物，以及更高分子量的萜类化合物。图1显示了异戊二烯化合物基本生物合成途径的概图。

对一系列生物学上的重要分子而言，IPP是其分支点。这些分子包括类异戊二烯，类胡萝卜素，以及不同的真核生物中的各种甾醇(真菌甾醇，植物甾醇和动物甾醇)。在动物中，胆固醇是多种激素和胆酸的前体。真菌麦角甾醇和哺乳动物胆固醇由IPP经角鲨烯氧化物及羊毛甾醇形成，而高等植物甾醇，如菜油甾醇和谷甾醇，是由角鲨烯氧化物经环化作用形成环阿屯醇并进而经植物特异性的酶作用而形成。

类异戊二烯的一个亚类谓之萜类化合物，在植物细胞中具有让人惊奇的多样性，该类化合物之大多数是环状的，有一或多个环。植物中的萜烯分为数类，包括倍半萜烯，单、二、三萜烯等(Bohlmann等，美国国家科学院院刊(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)95：4126-4133，1998)。萜类化合物是由乙酸酯合成的异戊二烯单位(C₅H₈)连接而成。萜类化合物包括：异戊二烯(C₅H₈)化合物，后者包括异戊烯焦磷酸和活性异戊二烯；单萜(C₁₀H₁₆)化合物，包括香叶醇，以及由之衍生出薄荷醇、樟脑、蒎烯和香茅醛；倍半萜烯(C₅H₂₄)化合物，包括法呢醇，由之衍生出姜烯、泛醌、塑体醌、脱落酸和rishitine；双萜(C₂₀H₃₂)化合物，例如香叶基香叶醇，由之衍生出叶绿醇，贝壳杉烯，赤霉酸和壳核孢(菌)素；三萜烯(C₃₀H₄₈)化合物，包括角鲨烯，由之衍生出甾类化合物和皂草苷；四萜烯(C₄₀H₆₄)化合物，包括八氢番茄红素和胡萝卜素；以及多萜烯(C₅H₈)_n化合物，包括橡胶和杜仲胶。

生产萜烯的合成酶被认为具有共同的进化起点，缺乏和其他酶类(不包括异戊烯基转移酶)的密切相似性。大部分合成酶具有从单一底物生产一系列终产物的能力。这可以部分解释在植物中发现的萜类化合物的巨大多样性(Mitchell-Olds等，植物科学动向(Trends inPlant Science)3(9)：362-365，1998)。复合萜烯混合物被认为是重要的植物防护性混合物，它们的多样性和协同作用延迟了食草生物和病原体中抗性的发展(LangenheimJ，J，Chem.Ecol.20：1223-1280，1994)。