[发明专利]植物花色素苷合成关键酶—黄烷酮3-羟化酶编码基因

说明书

技术领域

本发明涉及与植物花色素苷形成相关的酶编码基因与应用。

背景技术

花的颜色是决定花观赏价值的重要因素之一，花色主要由类黄酮(flavonoids)、类胡萝卜素(carotenoids)、生物碱(alkaloid)三大类物质决定(Tanaka Y，S Tsuda，T Kusumi.MetabolicEngineering to modify flowers color.Plant Cell Physioloy，1998(11)：1119-1126.)。

花色素苷(anthocyanins)是类黄酮中一类主要色素，控制着花的粉红色、红色、砖红色、蓝色、紫色等花色，植物中基本的花色素苷有3种，即花葵素、花青素、花翠素，以及这些花色素的甲基化衍生物等。花色素苷合成的前体为丙二酰CoA和香豆酰CoA(p-coumatoyl-CoA)。由查尔酮合酶(chalconesynathase，CHS)催化二者形成黄色的查尔酮(chalcone)。查尔酮异构化形成无色的黄烷酮(flavanone)。此步骤可缓慢自发进行，但在查尔酮-黄烷酮(chalcone-flavanone)异构酶(CHI)催化下可加速完成。在黄烷酮3-羟化酶(flavanone3-hydroxylase)的催化下，黄烷酮在C3位置羟化形成无色的二羟黄酮醇(dihydroflavonol)。进一步还原成无色花色素，由二羟黄酮醇还原酶(dihydroflavonol4-reductase，DFR)催化完成。无色花色素转变成有色的花色素(anthocyandin)，然后糖基化形成花色素普苷(anthocyanin)，由UDP-葡萄糖类黄酮-3-氧-葡萄糖转移酶(UDP-glucoseflavonoid 3-oxy-glucosytransferaseUFGT)催化完成(徐纪尊，王丽辉，潘庆玉.观赏植物花色基因转化的研究进展[J].中国农业科技导报，2006，8(5)：56～60)。

黄烷酮3-羟化酶是类黄酮代谢途径中紧接CHS、CHI的第三个关键酶，与CHS一并构成了类黄酮和花色素苷代谢途径的早期表达结构基因。黄烷酮3-羟化酶催化黄烷酮类底物(flavanones)产生二氢黄酮醇类产物(dihydroflavonols)，为黄酮醇(flavonols)、花色素(anthocyanidins)、儿茶精(catechins)、原花色素(pro anthocyanidins)等类黄酮代谢支路提供前体物(Holton T A，Conish EC.Genetics and biochemistry of anthicyaninbiosynthesis.Plant Cell，1995，7：1072-1083.；Dixon RA，Xie DY，Sharma SB.Proanthocyanidins-afinal frontier in flavonoid research.New phytologist[J]，2005，165(1)：9-28.；Winkel-shirley B.Flavonoid biosynthesis：A colorful model for genetics，biochemistry，cell biology，andbiotechnology.Plant physiol，2001，126(2)：485-493)，是黄烷酮分支点的一个核心酶，因此很可能是整个类黄酮代谢途径的中枢Matthew K.Pelletier and Brenda W.Shirley.Analysis offlavanone 3-Hydroxylase in Arabidopsis Seedings.Plant Physiol，1996，111：339-345.)。黄烷酮3-羟化酶属于依赖2-酮戊二酸的双加氧酶(2-oxoglutarate-dependent dioxygenase，2-ODD)家族，其反应时都要依赖Fe²⁺、氧、2-酮戊二酸等作为辅因子。这个家族还包括类黄酮化合物生物合成途径中的黄酮合成酶I(flavone synthase I，FNS I)，黄酮醇合成酶(flavone synthase，FNS)，以及花色素合成酶(anthocyanidin sythase，ANS)。