[发明专利]颠茄鸟氨酸脱羧酶在培育高产莨菪碱及山莨菪碱颠茄品种中的应用

说明书

本发明公开了颠茄鸟氨酸脱羧酶在培育高产莨菪碱及山莨菪碱颠茄品种中的应用，颠茄鸟氨酸脱羧酶编码的氨基酸序列如SEQ ID NO.12所示，通过在颠茄中过表达鸟氨酸脱羧酶能够提高颠茄发根和植株中腐胺、N‑甲基腐胺和TAs的含量；通过对AbODC的研究明确了，AbODC在多胺及托品烷生物碱生物合成中的功能，有利于加深对托品烷生物碱生物合成途径的认识，具有重要的理论价值；本研究相关结果也表明AbODC在采用代谢工程技术改造TAs生物合成途径和提高TAs含量方面具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及颠茄鸟氨酸脱羧酶在培育高产莨菪碱及山莨菪碱颠茄品种中的应用。

背景技术

托品烷类生物碱是一类来源少数茄科植物的具有显著生理活性的天然碱性有机物，在临床上被作为抗胆碱药物广泛用于麻醉、镇痛、止咳、催眠、抗晕动病和治疗帕金森等。临床上常用的是莨菪碱、山莨菪碱和东莨菪碱。这些TAs主要依赖于从少数茄科TAs药源植物中提取，但是野生产托品烷植物中的植株中TAs的含量普遍较低，莨菪碱和东莨菪碱含量极低，导致TAs商业生产成本较高。因此，培育TAs高产植物材料是业内一致追求的目标。随着分子生物学等学科的快速发展，通过基因工程手段对相关药源植物进行遗传改造成为一种理想且简便的手段，而这一切的前提就是筛选获得理想的分子工具。因此，对托品烷生物碱合成途径进行深入解析，分离相关途径基因并鉴定其生物学功能就显得非常必要。

随着代谢组学和转录基因组学的快速发展，TAs生物合成途径基因大部分已经被分离和鉴定出来，使得采用代谢工程技术培育TAs高产的药源植物呈现出良好前景。但是，关于托品烷生物碱代谢途径仍有一些步骤尚未被清楚解析。在茄科产TAs植物中，鸟氨酸和精氨酸通过脱羧生成腐胺从而进入到TAs生物合成中，而腐胺的生物合成来源于两个途径即ODC途径和ADC途径。鸟氨酸脱羧酶作为腐胺合成的限速酶，在动物及微生物中已经得到了广泛的研究，但是关于植物ODC的研究报道较少，且主要关注其在植物生长发育及胁迫条件下的功能研究。目前，只有烟草ODC及古柯ODC被成功克隆并利用纯化蛋白做了酶动力学分析。在茄科产托品烷生物碱植物中，只有曼陀罗的鸟氨酸脱羧酶基因(DsODC)得到了克隆，虽然Michael等人在1996年在大肠杆菌中表达了DsODC的重组蛋白，但是并未开展相关酶动力学实验。所以目前关于植物ODC的研究，特别是茄科产托品烷生物碱植物的ODC基因的研究有待深入。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种颠茄鸟氨酸脱羧酶在培育高产莨菪碱及山莨菪碱颠茄品种中的应用；本发明的目的之二在于提供一种获得高产莨菪碱和山莨菪碱颠茄品种的方法；本发明的目的之三在于提供颠茄鸟氨酸脱羧酶或重组颠茄鸟氨酸脱羧酶作为鸟氨酸合成腐胺的催化剂中的应用；本发明的目的之四在于提供颠茄鸟氨酸脱羧酶或重组颠茄鸟氨酸脱羧酶作为赖氨酸合成尸胺的催化剂中的应用；本发明的目的之五在于提供重组颠茄鸟氨酸脱羧酶的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、颠茄鸟氨酸脱羧酶在培育高产莨菪碱及山莨菪碱颠茄品种中的应用，所述颠茄鸟氨酸脱羧酶编码的氨基酸序列如SEQ ID NO.12所示，或SEQ ID NO.12所示氨基酸序列取代、缺失或添加至少一个氨基酸，且具鸟氨酸脱羧酶活性的氨基酸序列。

优选的，所述颠茄鸟氨酸脱羧酶的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示，或SEQ IDNO.3所示核苷酸序列取代、缺失或添加至少一个核苷酸，且具有鸟氨酸脱羧酶活性的核苷酸序列。

2、一种获得高产莨菪碱和山莨菪碱颠茄品种的方法，包括如下步骤：在颠茄中超量表达颠茄鸟氨酸脱羧酶，获得转基因颠茄品种，即获得高产莨菪碱和山莨菪碱颠茄品种；

所述颠茄鸟氨酸脱羧酶编码的氨基酸序列如SEQ ID NO.12所示，或SEQ ID NO.12所示氨基酸序列取代、缺失或添加至少一个氨基酸，且具鸟氨酸脱羧酶活性的氨基酸序列。