[发明专利]一种与β-紫罗兰酮合成相关的类胡萝卜素裂解双加氧酶基因及其编码蛋白和应用

说明书

本发明公开了一种与β‑紫罗兰酮合成相关的类胡萝卜素裂解双加氧酶基因及其编码蛋白和应用，该基因的核苷酸序列如序列表Seq ID No:1所示，该编码蛋白的氨基酸序列如序列表Seq ID No:2所示，本发明的与β‑紫罗兰酮合成相关的类胡萝卜素裂解双加氧酶基因通过基因工程技术裂解β‑胡萝卜素形成β‑紫罗兰酮，提高辣椒β‑紫罗兰酮的含量进而改善辣椒的风味，提高辣椒的经济价值。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及辣椒(遵辣)类胡萝卜素双加氧裂解酶基因CaCCD1A及其编码蛋白在辣椒类胡萝卜素代谢以及挥发物代谢中的应用。

背景技术

辣椒(Capsicum annuum L.)是一种药食同源的蔬菜，起源于中美洲和南美洲的热带地区，现在在世界范围内已广泛种植(Ziino et al.，2009)。我国是辣椒种植大国，国内知名的辣椒品种多样，主要包括朝天椒、秦椒、羊角椒、小米椒等。根据联合国粮食和农业组织的数据，在1996-2016年间，中国的鲜食辣椒总产量翻了三番以上，干辣椒的总产量也渐近番了两番，由此可见辣椒在我国饮食文化上的地位。

随着生活水平的提高，人们评判辣椒的品质不仅仅局限在它的色泽以及辣度，同时对它的风味品质也提出了更高的要求。辣椒果实的香气是由许多挥发性化合物综合构成。现如今，在辣椒果实中已经鉴定到上百种挥发性化合物，主要包括脂肪酸和芳香族氨基酸的衍生物，单萜和倍半萜，以及类胡萝卜素衍生物(Kocsis et al.，2002；Auldridge etal.，2006a；Ziino et al.，2009；Borovsky et al.，2013)。β-紫罗兰酮，因其阈值较低，对辣椒的整体风味影响很大，然而关于它在辣椒中的合成途径，目前并没有相关的研究报道。

类胡萝卜素裂解双加氧酶可以作用于类胡萝卜素的双键位置，对类胡萝卜素进行氧化裂解，形成一系列的类胡萝卜素衍生物。第一个被发现的类胡萝卜素裂解双加氧酶是VP14，随后对它的同源基因在其它物种中开始了广泛研究(Schwartz et al.，1997)。高等植物中类胡萝卜素裂解双加氧酶根据系统发育和基因功能被分为5个家族，CCD1，CCD4，CCD7，CCD8以及NCED。

CCD1直系同源物非常相似，并且是类胡萝卜素裂解双加氧酶家族中唯一胞质定位的成员。CCD1酶的特点是作用底物广泛，裂解方式多样。如番茄中的CCD1对不同的类胡萝卜素底物在不同的双键位置切割，形成β-紫罗兰酮，假紫罗兰酮和香叶基丙酮香味物质(Simkin et al.，2004)。此外，在拟南芥、桃子、玫瑰、桂花、葡萄、水稻等多种物种的研究均表明，CCD1与风味物质的形成有关(Auldridge et al.，2006b；Huang et al.，2009；Ilg etal.，2009；Baldermann et al.，2010；Brandi et al.，2011)。除CCD1外，CCD4是另一个参与植物脱辅机类胡萝卜素香气物质形成的家族，此外，CCD4还可以参与植物呈色物质的合成，它可以在C9-C10双键上氧化裂解β-胡萝卜素或者β-脱辅基8’胡萝卜醛裂解为β-紫罗兰酮(Rubio et al.，2008；Adami et al.，2013)，同时，它也可以在C7-C8双键位置处将β-胡萝卜素、β-隐黄质和玉米黄素，产生新的有色物质β-脱辅机8’胡萝卜醛和β-柠乌素(Mein etal.，2011)。CCD7和CCD8的顺序切割可以形成控制侧根和侧芽萌发的植物激素：独脚金内酯(Walter and Strack，2011)。NCED与上述4个亚家族成员的同源性较低，它可以裂解新黄质或紫黄质产生黄质醛，是脱落酸(ABA)生物合成途径的关键酶。

研究表明，β-紫罗兰酮是辣椒果实中的重要的香气物质，并且随着辣椒果实的成熟，它的含量亦有增加的趋势。然而，尚未有β-紫罗兰酮在辣椒中的合成途径的报道。

发明内容