[发明专利]一种来源于玉米的联乙烯还原酶及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种来源于玉米的联乙烯还原酶及其编码基因与应用。

背景技术

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，它的作用是捕获光能并将光能转移到反应中心，故对植物的生长及其产量有很重要的作用。根据乙烯侧链数目的不同，叶绿素可分为3，8-联乙烯叶绿素(DV Chls)和3-乙烯叶绿素(单乙烯叶绿素，MV Chls)。在正常情况下，几乎所有的植物和细菌用于光合作用的叶绿素都是MV chls，目前只发现一类海洋生物即“the marine prochlorophyte Prochlorococcus marinus”利用的是DVChls(Chisholm SW，Frankel SL，Goericke R，Olson RJ，Palenik B，Waterbury JB，West-Johnsrud L，Zettler ER(1992)Prochlorococcus marinus nov.gen.nov.sp.：A marine prokaryote containing divinylchlorophyll a andb.Arch.Microbiol 157：297-300.)。

叶绿素生物合成的多样性主要在于它有单乙烯叶绿素(MV Chls)和联乙烯叶绿素(DV Chls)两条平行合成的途径，DV Chls及其中间产物通过联乙烯基还原酶(DVR，又叫C-8乙烯基还原酶)催化转化成MV Chls及其中间产物(Rebeiz CA，Kolossov VL，Briskin D，Gawienowski M(2003)Chloroplast biogenesis：chlorophyll biosynthetic heterogeneity，multiple biosynthetic routes，and biological spin-oVs，in：H.S.Nalwa(Ed.)，Handbook of Photochemistry and Photobiology，vol.4，American ScientiWc，Los Angeles：183-248.)。迄今为止，已在5种底物水平上检测到联乙烯还原酶活性，分别是联乙烯Mg-原卟啉IX(DV Mg-proto)、联乙烯Mg-原卟啉IX单甲酯(DV MPE)、联乙烯原叶绿素酸酯a(DV Pchlide a)、联乙烯叶绿素酸酯a(DV Chlide a)和联乙烯叶绿素a(DV Chl a)(Kolossov VL，Bohnert HJ，Rebeiz CA(2006)Chloroplast biogenesis 92：In situ screening for divinyl chlorophyll(ide)a reductase mutants by spectroXuorometry.Analytical Biochemistry 348：192-197)。现已从水稻，拟南芥、绿硫细菌Chlorobium tepidum和蓝细菌Synechocystis sp.PCC6803中分别克隆了相应的联乙烯还原酶基因DVR、bciA和slr1923(Wang PR，Gao JX，Wan CM，Zhang FT，Xu ZJ，Huang XQ，Sun XQ，Deng XJ(2010)Divinyl chlorophyll(ide)a can be converted to monovinyl chlorophyll(ide)a by a divinyl reductase in rice.Plant Physiol 153，994-1003；Nagata N，Tanaka R，Satoh S，Tanaka A(2005)Identification of a Vinyl Reductase Gene for Chlorophyll Synthesis in Arabidopsis thaliana and Implications for the Evolution of Prochlorococcus Species.Plant Cell 17，233-240；Chew AGM，Bryant DA(2007)Characterization of a Plant-like Protochlorophyllide a Divinyl Reductase in Green Sulfur Bacteria.J.Biol.Chem 28：2967-2975；Islam MR，Aikawa S，Midorikawa T，Kashino Y，Satoh K，Koike H(2008)slr1923 of Synechocystis sp.PCC6803 Is Essential for Conversion of 3，8-Divinyl(proto)chlorophyll(ide)to 3-Monovinyl(proto)chlorophyll(ide).Plant Physiology 148：1068-1081)。已有实验证明：用NADPH作为还原剂，重组的绿硫细菌(Chlorobium tepidum)BciA蛋白质将DV Pchlide a还原成MV Pchlide a(Chew AGM，Bryant DA(2007)Characterization of a Plant-like Protochlorophyllide a Divinyl Reductase in Green Sulfur Bacteria.J.Biol.Chem 28：2967-2975)；重组的拟南芥DVR蛋白质将DVChlide a还原成MV Chlide a，但不能将DV Pchlide a、DV Chlide b、DV Chl a和DV Chl b等4种DV物质转化为相应的MV物质(Nagata N，Tanaka R，Tanaka A(2007)The Major Route for Chlorophyll Synthesis Includes[3，8-divinyl]-chlorophyllide a Reduction in Arabidopsis thaliana.Plant Cell Physiol 48：1803-1808)。我们通过酶学实验证实重组的水稻DVR蛋白质不仅能将DV Chlide a还原成MV Chlide a，而且能还原DV Chl a为MV Chl a(Wang PR，Gao JX，Wan CM，Zhang FT，Xu ZJ，Huang XQ，Sun XQ，Deng XJ (2010)Divinyl chlorophyll(ide)a can be converted to monovinyl chlorophyll(ide)a by a divinyl reductase in rice.Plant Physiol 153，994-1003)。目前，联乙烯Mg-原卟啉IX(DV Mg-proto)和联乙烯Mg-原卟啉IX单甲酯(DV MPE)这2种联乙烯(DV型)物质转化为相应单乙烯(MV型)物质，还没有得到利用纯化DVR酶蛋白所做的体外酶学实验的证实，同时，还不清楚的是，这些联乙烯中间物质是由一个具有广泛特异性的联乙烯基还原酶催化，还是由多个联乙烯基还原酶(每个酶都有特异底物)催化生成相应的单乙烯物质。