[发明专利]甜菜素代谢植物酪氨酸酶蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种甜菜素代谢植物酪氨酸酶蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

甜菜素(betatains)是一种水溶性的含氮色素，最早是从甜菜根中发现，它是吡啶衍生物，包括甜菜红素(betacyanin)和甜菜黄素(betaxanthin)两种形式。甜菜素存在于植物不同器官里面，在根、果实以及花瓣里面均有报道。甜菜素在大型真菌里面也有发现，2004年，and Christinet报道在伞形毒菌(Amanita)和Hygrocybe中发现了甜菜红素。在植物中，甜菜红素广泛分布于石竹目植物中，在玛瑙果科(Achatocarpaceae)、番杏科(Aizoaceae)、苋科(Amaranthaceae)、仙人掌科(Cactaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、龙树科(Alluaudiaprocera)、浮萍科(Lemnaceae)、紫茉莉科(Nyctaginaceae)、商陆科(Phytolaccaceae)、马齿苋科(Portulacaceae)、闭籽花科(Stegnospermataceae)都有甜菜素的报道，而石竹科(Caryophyllaceae)则含有花青素，但主要分布于藜科、苋科、仙人掌科、商陆科等多种植物中，其中藜科最为人们熟悉的是红柄甜菜、紫菜头；苋科苋属的红苋菜。仙人掌科植物中仙人掌果实，火龙果果皮和果肉，商陆科的商陆浆果，马齿苋的花瓣，鸡冠花等等也均含有丰富的甜菜红色素。

Han等将经典的和新发现的甜菜素代谢途径进行了比较，归纳出甜菜素合成起始于酪氨酸的5条途径和起始于酪氨的4条途径：5条起始于酪氨酸的甜菜素合成途：前两条即为Strack等总结的基本途径，即：甜菜醛氨酸分别同环状多巴和氨基酸及其胺缩合成甜菜红素和甜菜黄素，然后糖基化为甜菜素苷。第三条途径为甜菜醛氨酸与来自于环状多巴直接糖基化得到的环状多巴糖苷缩合直接形成甜菜素苷。2005年，Sasaki等发现在鸡冠花中葡糖基转移酶可以直接催化环状多巴的糖基化得到环状多巴糖苷，提出了不同于经典的甜菜素合成的新的途径。第四条途径为，多巴脱羧得到的多巴胺在酪氨酸酶的作用下生成多巴胺醌，然后自发环化为2-脱羧基环状多巴，甜菜醛氨酸与其缩合形成2-脱羧基甜菜素配基，在经过糖基转移酶的作用得到2-脱羧基甜菜素苷。第五条途径为甜菜醛氨酸直接与起始底物酪氨酸缩合形成酪氨酸甜菜黄素，然后在酪氨酸酶的作用下，形成多巴甜菜黄素和多巴甜菜黄素醌，继而自发得到甜菜素。这个途径是由于Gandía-Herrero等发现酪氨酸酶的单酚活性可以酪氨酸-甜菜黄素和多巴胺-甜菜黄素为底物，继而提出了甜菜素尤其是甜菜黄素合成的新途径。

4条起始于酪胺的甜菜素的合成途径：2001年，Kobayashi等由于红紫色的甜菜花青苷、2-脱羧基甜菜花青苷等的存在，提出了起始于酪胺的甜菜素合成途径。同时这些色素也存黄甜菜的根毛培养体系中和鸡冠花的花序中。酪胺取代酪氨酸为底物起始甜菜素的合成：酪胺被羟基化为多巴胺，多巴胺被酪氨酸酶氧化为多巴胺醌。多巴胺醌转化为2-脱羧基环状多巴，然后与甜菜素基本生色团甜菜醛氨酸缩合生成2-脱羧基甜菜素配基。随后发生的糖基化反应同于起始于酪氨酸的合成途径。2-脱羧基环状多巴和甜菜醛氨酸的缩合反应是产生2-脱羧基甜菜素配基的决定性步骤。同时起始于酪胺的另外一个支路也由Gandía-Herrero等提出，基于酶活动力学鉴定实验，酪氨酸酶可以催化酪胺-甜菜黄素、多巴胺甜菜黄素的氧化已经发现于紫茉莉花(Mirabilisjalapa)，甜菜(Beta vulgaris var.crassa)的橙色的愈伤培养体系和红柄甜菜(Betavulgaris subspecies cycla)，通过HPLC和ESI-MS检测，氧化反应导致了中间产物多巴胺-甜菜黄素醌和最后产物2-脱羧基甜菜素配基的形成。根据以上实验结果得出酪胺可以直接与甜菜醛氨酸缩合得到酪胺-甜菜黄素，然后酪氨酸酶将其羟基化得到多巴胺-甜菜黄素，然后氧化为多巴胺-甜菜黄素醌，经由分子内环化反应得到2-脱羧基甜菜素配基。