[发明专利]参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程及分子生物学领域，具体地说，涉及参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇及其应用。

背景技术

黄瓜的苦味是由一类称为葫芦素C的三萜化合物导致的。黄瓜果实中积累葫芦素C会严重影响黄瓜的口感及品质。早期的经典遗传学试验发现黄瓜的苦味由Bi和Bt两个基因控制。CN103013966中发现Bi基因编码氧化角鲨烯环化酶，它催化生成葫芦2烯醇，是葫芦素C合成的第一步，也是合成中最关键的一步。葫芦素C的合成除了第一步生成葫芦2烯醇，还需要经过一系列的催化修饰，然而，葫芦2烯醇在植物体内是如何被修饰，最终合成葫芦素C，目前尚不清楚。

大部分葫芦素科植物都具有葫芦素，例如，葫芦素C来源于黄瓜，葫芦素E来源于甜瓜，葫芦素B来源于西瓜。但是它们的合成路径尚不清楚，相关合成基因也没有被克隆获得。因此，葫芦素主要从植物中提取获得，不能体外直接合成。

发明内容

本发明的目的是提供参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇及其应用。

为了实现本发明目的，本发明提供参与黄瓜葫芦素C合成的蛋白，包括Csa6G088690、Csa6G088160、Csa6G088170、Csa6G088710、Csa3G903540、Csa3G903550、Csa1G044890和Csa6G088700，它们的氨基酸序列分别如SEQ ID No.1-8所示。

本发明还提供参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇，所述基因簇共由8个基因组成，Csa6G088690、Csa6G088160、Csa6G088170、Csa6G088710、Csa3G903540、Csa3G903550、Csa1G044890和Csa6G088700，它们的核苷酸序列分别如SEQ ID No.12-19所示。

本发明还提供含有所述参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇的载体、工程菌、宿主细胞及转化的植物。

本发明还提供所述参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇在调控黄瓜苦味合成中的应用。

本发明还提供所述参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇在调控葫芦素体外合成中的应用。

本发明还提供所述参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇在无苦味黄瓜分子育种中的应用。

本发明还提供一种转基因植物的构建方法，采用农杆菌介导的方法，将含有所述参与黄瓜葫芦素C合成的基因簇的载体转入植物体（例如烟草等）中，筛选获得转基因植物。

在之前的研究中，对114份黄瓜核心种质材料进行重测序分析，同时对这114份材料进行苦味表型鉴定。采用全基因组关联分析（GWAS）的方法和群体作图，快速找到了控制叶片苦味的Bi候选基因。Bi编码一个葫芦2烯醇环化酶基因，是葫芦素C合成的关键酶。葫芦2烯醇还需要进一步被氧化和乙酰化才能生成葫芦素C。为了解析葫芦素C合成的其他步骤，对黄瓜转录组数据（RNA-Seq）进行分析，寻找与Bi基因共表达的P450基因和乙酰转移酶基因，在黄瓜基因组中一共找到了6个P450基因（Csa6G088160、Csa6G088170、Csa6G088710、Csa3G903540、Csa3G903550和Csa1G044890）和1个乙酰转移酶基因（Csa6G088700）。这7个基因与Bi（Csa6G088690）基因在黄瓜各个组织中的表达状态非常相似，只在叶片中大量表达。此外，除了3个P450基因（Csa3G903540、Csa3G903550和Csa1G044890），其他基因与Bi基因均位于6号染色体35kb的范围内，形成一个类似基因簇的结构。目前，以基因簇的形式参与重要次生代谢产物合成在高等植物中被广泛发现，因此推测本发明发现的这7个候选基因很可能与Bi基因一起形成葫芦素C合成基因簇，在黄瓜叶片中合成苦味物质。