[发明专利]茶树DXR基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于茶树基因工程领域。具体地说，本发明涉及茶树1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构化酶(1-Deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase, DXR)基因的分离和分析，还涉及通过调节该基因表达强度达到控制茶叶萜类物质含量。

背景技术

萜类物质是由五个碳原子的异戊二烯单元组装和衍生而成的一大类化合物，可分为半萜、单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜等。半萜为1个异戊二烯单元组成的5碳化合物，单萜为2个异戊二烯单元组成的10碳化合物，如柠檬烯、薄荷醇、樟脑、冰片、桉树醇、蒎烯、芳樟醇、香叶醇、橙花醇等；倍半萜为3个异戊二烯基单元组成的15碳化合物，如法尼烯、青蒿素、除虫菊内酯、红没药醇、橙花叔醇等；双萜为4个异戊二烯单元组成的20碳化合物，如赤霉素、紫杉醇、丹参酮、银杏内酯、叶绿醇等；三萜为6个异戊二烯单元组成的30碳化合物，如植物甾醇、油菜素类甾醇等；四萜为8个异戊二烯单元组成40碳化合物，如类胡萝卜素等。

植物萜类生物合成有两条重要途径，即甲羟戊酸(MVA)途径和2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)或1-脱氧木酮糖-5-磷酸(DXP)途径。MVA合成途径在细胞质中进行，该途径中，3个乙酰CoA在酶的催化下，缩合生成3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA(HMG-CoA)，之后还原成MVA，后者经多步生物催化反应，相继生成萜类物质合成直接前体异戊烯基焦磷酸（IPP）、二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP），并缩合成15碳的法尼基焦磷酸(FPP)，之后进一步生成具有奇数个异戊二烯基骨架的萜类。MEP途径在质体进行中，该途径中，前体物质丙酮酸和甘油醛-3-磷酸在脱氧木酮糖合酶催化下形成DXP，并经1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（DXR）催化生成MEP，之后在羟甲基丁烯基焦磷酸还原酶作用下形成IPP和DMAPP，并经牻牛儿基焦磷酸合酶（GPS）和牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶（GGPS）催化生成牻牛儿基焦磷酸(GPP)和牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸(GGPP)，最后在单萜合酶和双萜合酶的作用形成单萜、双萜等具有偶数异戊二烯基骨架的萜类。此外，这两条合成途径也不是截然分开的，有些中间产物可以相互交换。

萜类物质在植物生长发育过程中发挥着多种重要作用。叶绿醇和类胡萝卜素是光合器官中的重要化合物，赤霉素、油菜素类是重要的植物生长激素，除虫菊内酯、薄荷醇、樟脑等是植物体内抗虫祛病的防御性物质，甾醇是植物细胞膜的重要组分。同时，多种萜类物质具有良好芳香特性以及抗菌和抗肿瘤效果，在食品、医药领域均具有巨大的应用前景。

萜类及其衍生物不仅是茶树正常生命活动的重要参与者，也是茶树应对病虫侵害、机械损伤等不利因素的关键防御性化合物，同时也是主要的茶叶香气组分，如何通过现代分子生物学手段改变茶树组织中的萜类物质含量具有很高理论意义和应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种茶树DXR的基因序列及其编码的蛋白质，通过调节该基因表达可控制茶树叶片中的萜类物质含量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种茶树DXR基因，其具有SEQ ID No：1所示的核苷酸序列。

本发明还提供了上述DXR基因编码的蛋白质，其具有SEQ ID NO：2 所示的氨基酸序列。

本发明还提供了上述DXR基因用途：通过调节该DXR基因表达强度从而达到控制茶叶萜类物质含量。

作为本发明的茶树DXR基因的用途的改进：调节DXR基因表达方法为以下任意一种：

将茶树叶片在采摘前（例如为采摘前的8~36小时）对叶片沿侧脉方向进行划伤处理，

在茶叶制作过程的摊青工艺中增加能使茶叶产生一定程度损伤的摇青工艺，

采用双链干涉技术使DXR基因表达受抑制。

提高本发明所述的DXR基因的表达可显著提高茶树叶片萜类物质含量，抑制该基因表达，可显著降低茶树叶片萜类物质含量。

本发明主要针对如何改变茶树叶片萜类物质含量这一技术问题，通过对茶树机械损伤叶片和健康叶片差异基因筛选和克隆，以及基因表达活性与叶片萜类物质含量相关性研究，明确本发明基因表达活性变化与茶树叶片萜类物质含量之间的关系。为通过调节该基因表达活性进行茶树萜类物质积累控制创造了条件，同时也为通过基因工程手段进行高香、高抗茶树新材料的创制奠定了基础。