[发明专利]与甘油合成有关的甘油－3－磷酸脱氢酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种与甘油合成有关的甘油-3-磷酸脱氢酶基因及其应用。

背景技术

世界人口不断增长，预期到2050年结束，世界人口可达到60亿。另一方面，世界20％的可耕土地严重的盐渍化，严重影响了粮食的产量。粮食作物的供给正受到土地盐渍化的威胁。理解生物抗盐机制对于利用育种和基因工程的方法改良作物耐盐性是十分重要的。

甘油是重要的轻化工原料，甘油市场供不应求。随着石油能源和可耕土地不断的减少，化学法生产甘油遭遇瓶颈，产量亦不断减少。化学合成法生产甘油(丙三醇)的经济效益不断下降。因此发酵法生产甘油的竞争力不断突出。发酵法具有安全性好，原料丰富易得，设备要求简单的优点。因此利用改良发酵菌株提高甘油产量具有重要的经济价值。

盐藻(Dunaliella)广泛分布于盐湖、海洋、盐土等高盐度的环境中，尤其在高盐水域中是主要种群。盐藻是最耐盐的真核生物，具有十分惊人的渗透调节能力，能在低至50mM高至接近饱和的盐浓度的环境下生存，可以一次性耐受3-4倍的渗透压变化。

盐藻能通过调节细胞内甘油的浓度来维持细胞内外的渗透压平衡以抵抗环境中的盐胁迫。通常情况下，甘油是盐藻体内唯一的渗透剂。盐藻体内的甘油浓度是随着细胞外的盐浓度呈正相关变化。当盐藻细胞受到高盐胁迫震荡的瞬间，细胞迅速启动甘油合成途径合成甘油以维持细胞内外的渗透压的平衡，并在90min内就可以完成调节。盐藻体内积累大量的甘油，并且在极高的盐浓度(＞3.5M NaCl)时，细胞内甘油的浓度可以高达50％。

盐藻甘油代谢途径调控机制的研究是理解盐藻独特的耐盐能力的关键之一。盐藻甘油合成主要场所是叶绿体。已知盐藻细胞甘油合成途径是磷酸二羟丙酮(DHAP)催化生成甘油的途径。两个酶参与催化DHAP向甘油的转化，即DHAP首先通过甘油-3-磷酸脱氢酶(GPDH)催化转化为甘油-3-磷酸(G3P)，G3P再通过磷酸甘油磷酸酶(GPP)的催化转化成为甘油。

在酵母中的研究证实，GPDH是甘油合成过程中的关键酶。盐藻中研究发现盐藻中甘油-3-磷酸脱氢酶(GPDH)同样是控制DHAP转化为甘油的关键酶，并且GPDH活性是盐藻调控甘油合成途径的靶点。因此克隆分析盐藻中GPDH基因是深入理解盐藻抗盐机制和高积累甘油能力的关键，同时也会为生物耐盐基因工程和通过发酵法生产甘油提供重要的基因资源。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种与甘油合成有关的甘油-3-磷酸脱氢酶基因。

本发明的目的之二在于提供该基因的编码蛋白。

本发明的目的之三在于提供包含该基因的重组载体。

本发明的目的之四在于提供包含该基因的转化体。

本发明的目的之五在于提供该基因在提高甘油合成能力中的应用。

本发明的目的之六在于提供该基因在提高耐盐能力中的应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种与甘油合成有关的甘油-3-磷酸脱氢酶基因，其特征在于该基因具有下列核苷酸序列之一：

(1).具有SEQ NO 1-2所示的DNA序列；

(2).与序列表中序列1-2限定的核酸序列具有95％以上的同源性，且编码相同功能蛋白质的DNA序列。

上述的与甘油合成有关的甘油-3-磷酸脱氢酶基因的编码蛋白，其特征在于该编码蛋白具有序列表中序列3-4的氨基酸残基序列或者是将序列3-4的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加且具有与序列3-4的氨基酸残基序列相同活性的由序列3-4衍生的蛋白质。

一种含有上述的甘油-3-磷酸脱氢酶基因的重组载体。

一种含有上述的甘油-3-磷酸脱氢酶基因的转化子。

一种上述的甘油-3-磷酸脱氢酶基因在提高甘油合成能力中的应用。

一种上述的甘油-3-磷酸脱氢酶基因在提高耐盐能力中的应用。

本发明首次从盐藻(Dunaliella viridis)中分离到两个甘油合成的关键基因DvGPDH1和DvGPDH2，并首次通过转化酵母细胞证明了这两个基因的功能及其在提高生物体耐盐能力和甘油合成方面的应用价值，这两个基因在基因工程改良和工业生产甘油中具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的甘油-3-磷酸脱氢酶基因DvGPH1和DvGPDH2的编码蛋白具有SERB-GPDH双结构域，并且含有保守的叶绿体转移肽。