[发明专利]雷公藤二萜合酶TwCPS1在制备松香烷型二萜化合物中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及雷公藤主要活性成分雷公藤二萜类化合物生物合成，具体涉及雷公藤二萜合酶TwCPS1在制备松香烷型二萜化合物中的应用，属于药用植物基因工程领域。

背景技术

药用植物雷公藤(Tripterygium wilfordii.Hook.f.)是一味中草药，被广泛用于类风湿性关节炎和炎症的治疗(Raphaela G M，Mildred W，Roy F，et al.Comparison of Tripterygium wilfordii Hook F Versus Sulfasalazine in the Treatment of Rheumatoid Arthritis：A Randomized Trial[J].Annals of Internal Medicine，2009，151(4)：229-240.Tao X L，Lipsky P E.The Chinese anti-inflammatory and immunosuppressive herbal remedy Tripterygium wilfordii Hook F.[J].Rheumatic Disease Clinics of North America，2000，26(1)：29-50.)。萜类成分为雷公藤的主要活性成分，包括雷公藤甲素(triptolide)、雷酚内酯(triptophenolide)和雷公藤红素(celastrol)等。从中药中的活性成分开发新药是一种很有潜力的方式，然而由于植物的生长缓慢，再加上这些有效成分在植物体中的含量不多，因而大大限制了它的发展。通过探寻和阐释萜类成分在雷公藤中的生物合成途径及其调控机制，有助于为药材品质的形成提供理论基础，同时为利用生物技术提高目标成分含量或直接生产有效成分或中间体带来广阔的应用空间。

雷公藤甲素具有抗肿瘤、抗炎、抗排异、抗生育等药理作用，与丹参酮类化合物同属松香烷型二萜。目前已证实丹参中的SmCPS与SmKS基因能催化GGPP形成松香烷型二萜化合物前体次丹参酮二烯，然而将SmCPS与SmKS联合使用制备次丹参酮二烯合成效率低，严重制约了产业上的大规模应用、影响了其他松香烷型二萜化合物的合成研究。由于雷公藤甲素、丹参酮等松香烷型二萜化合物的良好应用前景，产业上迫切需要一种高产率的、不依赖于天然提取途径的松香烷型二萜化合物前体合成方法。

发明内容

本发明将克隆得到的雷公藤二萜合酶基因Twcps1和丹参中的Smksl1基因分别构建表达载体，成功生成了次丹参酮二烯。进一步证实了Twcps1基因在合成雷公藤甲素等松香烷型二萜合成中的作用，且提供了一种合成松香烷型二萜前体的方法，为雷公藤甲素的生物合成奠定基础。

次丹参酮二烯是一种重要的松香烷型二萜化合物前体，由于其发现于丹参，因此将丹参中的SmCPS1与SmKSL1用于制备丹参酮。除了丹参以外，其他的植物中尽管也存在二萜合酶KS、CPS，也可能产生二萜类化合物，但通常不能催化合成次丹参酮二烯或合成量远远低于丹参自身SmCPS1与SmKSL1的组合。本发明在研究雷公藤甲素合成代谢途径的过程中，意外的发现雷公藤二萜合酶中的TwCPS1，与SmKSL1组合使用时能够成功合成次丹参酮二烯，且产量高于SmCPS1与SmKSL1的组合。即：本发明用雷公藤二萜合酶TwCPS1能够用于生产松香烷型二萜化合物前体，并且以其代替丹参二萜合酶SmCPS1，取得了产量提高的技术效果。值得注意的是，其他植物来源的二萜合酶(如拟南芥AtCPS)、雷公藤来源的其他种类的二萜合酶(如TwCPS2、TwCPS3)等与丹参SmKSL1组合则不能催化合成次丹参酮二烯。本发明所述TwCPS1+SmKSL1的组合合成松香烷型二萜化合物前体次丹参酮二烯的技术方案具有广阔的应用前景。