[发明专利]III型聚酮合酶及其编码基因和用途

说明书

本发明提供了一种III型聚酮合酶及其编码基因和用途。本发明提供的III型聚酮合酶及其编码基因与沉香的形成相关，其参与沉香特征成分2‑(2‑苯乙基)色酮化合物的合成。本发明提供的III型聚酮合酶是首次从诱导后的白木香愈伤组织中成功克隆并表达的III型聚酮合酶，其在体外具有催化活性，同时具有苄基丙酮合成酶和类姜黄素合成酶的活性，能够催化合成苄基丙酮、二芳基庚二酮化合物如姜黄素、二去甲氧基姜黄素等，二芳基戊二酮化合物如5‑(4‑羟基苯基)‑1‑苯基‑1,3‑戊二酮、(E)‑5‑(4‑羟基苯基)‑1‑苯基‑4‑烯‑1,3‑戊二酮等，继而能够用于体外或体内合成制备该类化合物及其衍生物。

技术领域

本发明涉及一种酶及其编码基因和用途，尤其涉及一种III型聚酮合酶及其编码基因和用途。

背景技术

沉香为名贵中药，始载于梁代陶弘景《名医别录》，列为上品，其味辛、苦，性微温。有行气止痛、温中止呕、纳气平喘的功效。沉香为沉香属植物经雷电、火烧、病虫害感染后自身防御反应产生的树脂，在东南亚国家，如印尼、马来西亚、泰国、越南、缅甸等国，也有瑞香科其他属植物产生的树脂作为沉香使用。《中国药典》2015年版一部收载的沉香为瑞香科植物白木香[Aquilaria sinensis(Lour.)Gilg]含脂的木材，主产于广东、海南、广西等地，又称土沉香，香树，女儿香，莞香。沉香自古以来不仅是一种名贵中药，而且由于其具有特殊的芳香气味，一直作为名贵熏香和香料使用，名列“沉檀龙麝”四大香料之首，市场需求量一直很大。长期以来，在经济利益的驱使下，乱砍乱伐以及自然灾害使得白木香野生资源大量减少，已经被国家列为二级保护野生植物，已载入《中国植物红皮书》和《广东省珍稀濒危植物图谱》。为了缓解沉香资源的紧缺，我国广东、海南、广西、福建等省区发展了白木香的大规模种植，并针对沉香的人工结香方法，国内外也进行了大量的研究，以期解决自然条件下沉香形成缓慢这一瓶颈问题。虽然目前已经发展出了多种人工结香的方法，很大程度上改善了自然结香缓慢的情况，但由于沉香形成的分子机制还不明确，因此，目前采用的人工诱导加速结香技术，有时会造成白木香树体的死亡或结香效率低甚至不结香等问题。

2-(2-苯乙基)色酮是沉香的特征性成分之一，其含量高低与沉香的质量密切相关。2015版《中华人民共和国药典》中关于沉香的质量控制，也以2-(2-苯乙基)色酮类化合物作为控制指标。目前，关于2-(2-苯乙基)色酮类化合物的生物合成机制及其相关的调控基因的研究尚属空白。研究该类成分的生物合成途径，阐明调控其合成的相关基因，对于阐明沉香的形成机制及建立高效的人工结香方法具有重要意义。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种III型聚酮合酶，能够催化合成二芳基戊二酮化合物如5-(4-羟基苯基)-1-苯基-1,3-戊二酮、(E)-5-(4-羟基苯基)-1-苯基-4-烯-1,3-戊二酮等的合成，为阐明沉香中2-(2-苯乙基)色酮化合物的生物合成机制研究奠定基础。并为制备该类化合物及其类似物提供新方法。

本发明的第二目的是提供所述III型聚酮合酶的用途，最直接的用途是作为苄基丙酮合成酶和/或类姜黄素合成酶，进一步可以用来制备苄基丙酮化合物及姜黄素、二去甲氧基姜黄素、二去甲氧基四氢姜黄素等二芳基庚二酮化合物。

本发明的第三目的是提供一种与沉香的形成相关的III型聚酮合酶基因，其参与调控沉香特征成分2-(2-苯乙基)色酮类化合物的合成，能够为结香机制及结香方法研究提供新途径。

本发明的第四目的是提供所述基因的用途，涉及利用该基因测定沉香生成效率、制备人工结香液、构建转基因组织(植株)等相关方面的用途。

本发明提供一种III型聚酮合酶，所述III型聚酮合酶具有如下(a)或(b)的氨基酸序列：

(a)SEQ ID NO:14所示的氨基酸序列，

(b)在(a)的氨基酸序列中经过取代、缺失或添加一个或几个氨基酸的由(a)衍生的氨基酸序列。