[发明专利]一种生成萜类物质的双功能酶基因CaTPS3及其应用

说明书

本发明公开了一种生成萜类物质的双功能酶基因CaTPS3及其应用。本发明首次在姜荷花中克隆的到一种可以催化法呢基焦磷酸和成牻牛儿基焦磷酸生成萜类物质β‑法尼烯和β‑月桂烯，具有双功能酶作用的萜类合成酶基因CaTPS3；该基因编码区共1770bp，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，其氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。本发明研究显示，姜荷花基因CaTPS3在花朵中表达量较高，其表达与花发育进程有关；将CaTPS3连接植物转化载体，然后导入植物细胞，可获得表达CaTPS3基因的转基因植株，通过基因工程手段来提高姜荷花萜类花香物质的含量，同时为β‑法尼烯和β‑月桂烯的制备提供一种新的生物工程方法。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。更具体地，涉及一种生成萜类物质的双功能酶基因CaTPS3及其应用。

背景技术

姜荷花(Curcuma alismatifolia Gagnep.)为姜科姜黄属的多年生球根草本植物，由于其粉红色的苞片酷似荷花，且为姜科，故称姜荷花。姜荷花苞片酷似荷花，具有花色艳丽、花型独特、花期长、瓶插寿命长等特点，目前在国内和国际市场十分流行，深受人们的喜爱。姜荷花中富含萜类物质，萜类物质是一类由数个异戊二烯(Isoprene，C5)结构单位构成的化合物的统称，根据其结构单位数目的不同，可分为单萜(Monoterpene,C10)、倍半萜(Sesquiterpene,C15)和二萜(Diterpene,C20)等(Martin et al.,2015)。其中倍半萜和单萜都具有较强的香气和生物活性，是医药、食品和化妆品工业的重要原料。例如，倍半萜β-法尼烯作为中间体能够极大的减少维生素e的合成步骤，还可用于制备高热值、高效能的清洁可再生燃料；单萜β-月桂烯可用于古龙香水和消臭剂，也是合成芳樟醇、新铃兰醛、柑青醛等香料的重要原料。

萜类合成酶是萜类物质生物合成的末端关键酶，它直接决定萜类产物的种类、数量和产量。根据TPS催化形成的产物的不同，将TPS分为单萜合成酶(MonoTPS)、倍半萜合成酶(SesquiTPS)和二萜合成酶(DiTPS)，它们分别催化底物GPP、FPP和GGPP形成相应的单萜、倍半萜和二萜产物。另有研究表明，部分TPS具有双功能酶特性，既可以与GPP反应生成单萜物质，也可以与FPP反应生成倍半萜物质。如‘西伯利亚’百合LoTPS3与GPP反应生成沉香醇，同时可与FPP反应生成橙花叔醇和α-金合欢烯(Abbas et al.,2019)；铁线莲CfTPS1和CfTPS2均可催化GPP生成沉香醇，同时可以催化FPP生成橙花叔醇(Jiang et al.,2020)；玉簪HsTPS1催化GPP生成沉香醇、香茅烯和橙花醇，催化FPP生成少量的(E,E)-法尼醇和(E,E)-法尼醛(Cui et al.,2022)。

然而目前国内对姜荷花萜类花香物质及其合成酶的研究未见报道，其生物合成途径尚未清楚。克隆萜类花香基因是对姜荷花萜类物质形成机理研究的前提，为以后全面阐述姜荷花萜类成分形成和调控机理及通过基因工程手段提高姜荷花萜类花香物质的含量奠定理论基础，同时为β-法尼烯和β-月桂烯的制备提供一种新的生物工程方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是填补姜荷花花香领域研究存在的缺陷和不足，更具体的是萜类合成酶基因的相关研究，提供一种姜荷花中生成萜类成分β-法尼烯和β-月桂烯的双功能酶基因CaTPS3。

本发明的第一个目的是提供一种生成萜类物质的双功能酶基因CaTPS3。

本发明的第二个目的是提供一种生成萜类物质的双功能酶CaTPS3。

本发明的第三个目的是提供所述双功能酶基因CaTPS3和/或萜类双功能酶CaTPS3在β-法尼烯和β-月桂烯制备中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：