[发明专利]一个参与桃α‑Farnesene生物合成的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物分子生物技术和基因工程领域，涉及一个参与桃挥发性萜烯类物质生物合成的基因及其应用。

背景技术

萜烯类物质广泛存在于植物中。挥发性萜烯类物质具有独特的气味，在植物生长发育过程中具有重要生物学功能。近年来对薄荷、罗勒等香料作物的萜烯类物质代谢研究较多，但是对果实萜烯类物质代谢机制研究相对较少。

桃作为重要的大众经济水果，其基因组较小，可以作为蔷薇科植物研究的模式材料。通过50个桃品种的挥发性物质研究表明，萜烯类物质在不同遗传背景桃果实中差异很大，表明挥发性萜烯类物质在适应自然环境和人工驯化过程中可能具有重要作用。通过全基因组关联分析筛选出了与许多重要农艺性状连锁的桃候选基因，由于萜烯类物质代谢的复杂性，目前尚未在桃中鉴别出参与萜烯类挥发性物质合成基因。

随着消费者对果实消费品质的要求变高，以及可持续农业发展需要，农药减量使用是今后的发展趋势。萜烯类物质，尤其是α-Farnesene不仅本身具有很强的抗菌驱虫生物活性，还可以作为信号物质，激活相关免疫系统抵抗病虫害。同时α-Farnesene也是一种信息素，能够作为植物预警物质吸引害虫天敌。因此，鉴别参与α-Farnesene合成关键基因具有重要生物学和产业意义。

发明内容

本发明的目的是提供一个参与α-Farnesene生物合成的基因PpTPS2，具有SEQ:NO.1所示的核苷酸序列。

该基因的特征功能如下：

1.基因的表达特征：PpTPS2在桃叶片组织中的表达含量显著高于果实，与叶片组织中α-Farnesene的积累呈正相关关系。

2.基因重组蛋白定位特征：烟草瞬时表达证明其在细胞质。

3.基因的功能特征：在大肠杆菌中表达pET6xHN-N-PpTPS2重组载体，通过纯化蛋白，体外检测活性，证明PpTPS2编码的蛋白能够将法尼烯基二磷酸(FPP)转化为倍半萜烯类挥发性物质α-Farnesene。

本发明另一个目的是提供PpTPS2在基因工程中的应用，是在桃果实实施基因工程与改良育种的重要候选基因，可改善桃果实品质和提高抗性能力。通过将pGreen 0029062SK–PpTPS2重组载体在桃果实过量表达，GC检测结果证明PpTPS2编码的蛋白能够促进挥发性物质α-Farnesene在桃果实组织中的积累。α-Farnesene在桃果实中的积累可以改善果实风味，同时也可提高对逆境的抗性，因此具有SEQ:NO.1序列的PpTPS2是桃果实实施基因工程与改良育种的重要候选基因。

本发明提供了一个新的来源于桃的萜类合成酶PpTPS2基因，可以在体外利用FPP作为底物，合成α-Farnesene，表明利用基因工程生产这种物质具有应用前景。进一步利用瞬时表达方法，在桃果实中进行体内过量表达PpTPS2基因，显著提高了桃果实组织中α-Farnesene含量，为利用稳定转基因方法提高该物质含量提供了参考。考虑到α-Farnesene物质的功能，既是果实香气的重要组成部分，又在植物与逆境互作中承担重要角色，我们鉴别出的PpTPS2可以催化α-Farnesene生物合成，显示该基因在利用基因工程大规模生产α-Farnesene物质，以及采用转基因技术改善桃果实品质和抗性能力具有重要应用前景。

附图说明

图1：桃PpTPS2的表达与α-Farnesene含量在不同组织具有正相关关系(*P<0.05)。

图2：桃PpTPS2的表达与α-Farnesene含量在UV-B处理下具有正相关关系(*P<0.05)。

图3：桃PpTPS2的表达与α-Farnesene含量在茉莉酸甲酯处理下具有正相关关系(*P<0.05)。

图4：PpTPS2编码蛋白定位在细胞质。

图5：原核表达结果显示PpTPS2催化FPP产生α-Farnesene。

图6：过量表达PpTPS2显著提高桃果实α-Farnesene含量(***P<0.001)UD，低于检测限度。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的阐述，但实施例不限制本发明保护范围。实施例1：PpTPS2基因克隆

(一)实验方法