[发明专利]一种降低烟叶总蛋白及烟气苯酚含量的调控基因

说明书

本发明属于烟草基因工程领域，具体涉及一种降低烟叶总蛋白及烟气苯酚含量的调控基因烟草番茄红素ε‑环化酶基因Ntε‑LCY2，该基因碱基序列如SEQ ID NO.1所示。烟草番茄红素ε‑环化酶Ntε‑LCY2由498个氨基酸残基组成，其中第105‑287和290‑475位氨基酸是保守的转运蛋白结构域。该蛋白与植物叶片中总蛋白质含量相关，降低该基因表达后，叶片中总蛋白质含量明显降低。本发明通过对特定Ntε‑LCY2的初步研究，发现其与烟草总蛋白质含量高度相关，在将该基因突变后，烟草中总蛋白质含量明显降低。基于这一特性，可为低苯酚含量烟草新品种培育提供一定的应用基础和参考借鉴。

技术领域

本发明属于烟草基因工程领域，具体涉及烟草番茄红素ε-环化酶基因Ntε-LCY2应用。

背景技术

苯酚被国家烟草专卖局列为重点控制的7种代表性有害成分之一，其随烟气吸入后会快速分布到所有组织中，具有显著的黏膜渗透性，导致组织坏死和腐蚀脱落。长期吸入含苯酚气体会导致上呼吸道哮鸣、呼吸窘迫甚至衰竭，另外还会导致头痛、晕眩、肾脏损伤和心脏系统疾病、以及癌症等^[1-7]。苯酚还具有致突变和基因毒性等毒性作用，被列入EPA有害成分名单（US.EPA, 2002）。

烟气苯酚的来源和前体物已经明确，因此，应用生物技术干扰相关前体物含量是有效降低烟气苯酚含量的策略。烟叶蛋白质、游离酪氨酸（Tyr）和绿原酸（chlorogenicacid, CGA）是烟气苯酚的主要前体物。

番茄红素ε-环化酶（lycopene ε-cyclase, ε-LCY）基因是植物类胡萝卜素合成通路中的关键基因，能够催化α-胡萝卜素和黄体素的合成。多数植物的ε-LCY基因在沉默或者缺失后能够提高植物β-胡萝卜素的合成及含量，与类胡萝卜素合成通路其他基因比较有着独特的生物学特性。ε-LCY基因是植物类胡萝卜素基因工程的优良靶标基因，对于提升植物的类胡萝卜素含量、抗逆性及品质有着较大的潜力。类胡萝卜素C40碳氢链末端的环化是类胡萝卜素合成通路中的第一个重要分支点。番茄红素环化酶基因由ε-番茄红素环化酶和β-番茄红素环化酶组成。ε-LCY酶只能催化番茄红素分子的一端，形成一个δ环，生成δ-胡萝卜素，而δ-胡萝卜素还可以进一步在β-LCY酶的催化下在另一端形成β环，最终生成α-胡萝卜素，然后α-胡萝卜素经过羟基化等作用生成黄体素，这一分支，被称为类胡萝卜素合成的α分支。而β-LCY酶可以催化番茄红素的两端，形成两个β环，生成β-胡萝卜素，后经羟基化、环氧化等作用生成β-隐黄质、玉米黄质、花药黄质、紫黄质和新黄质等各类胡萝卜素，这一分支被称为类胡萝卜素合成的β分支。因此，ε-LCY 和β-LCY两个酶的活性直接决定了底物α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的比例，其合成流向对植物体内类胡萝卜素的组成有重要的影响