[发明专利]颠茄钙调蛋白AbCaM1基因及其重组植物表达载体和应用

说明书

本发明涉及一种颠茄钙调蛋白AbCaM1基因及其重组植物表达载体和应用，AbCaM1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；采用基因工程方法，并利用根癌农杆菌介导将AbCaM1基因转入颠茄植株中，与野生颠茄相比，转AbCaM1基因颠茄中莨菪碱和东莨菪碱高含量显著提高，该方法的建立为降低生产成本、高效生产莨菪碱和东莨菪碱提供了新思路。

技术领域

本发明属于植物代谢工程领域，涉及颠茄钙调蛋白AbCaM1基因，还涉及含有该基因的重组植物表达载体，和颠茄钙调蛋白AbCaM1基因在提高颠茄生物碱含量中的应用。

背景技术

托品烷类生物碱(tropane alkaloids，TAs)是一类来源于少数茄科植物的次生代谢产物，因为具有显著的药理学活性，已被人们作为传统药物使用了近3000年。澳洲毒茄杂种(Duboisia hybrid)和颠茄(Atropa belladonna)是最重要的两中TAs资源植物，其中颠茄是中国药典收录的TAs药源植物(中国药典，2015)。然而在大现代临床上常用的是莨菪碱(hyoscyamine)(或者其外消旋体阿托品)和东莨菪碱(scopolamine)，也包括药效稍低的山莨菪碱(anisodamine)，它们都是作用于副交感神经系统的抗胆碱药物，主要用于镇痛、麻醉、抗晕动药、治疗帕金森症、改善微循环、戒毒脱瘾、治疗农药中毒等，市场需求十分巨大，其中东莨菪碱药效更强，副作用更弱，价格也更昂贵。然而在大多数植物中TAs含量尤其是东莨菪碱含量极低，如颠茄中东莨菪碱含量仅为干重的0.01％～0.08％，不能满足市场需求。所以，利用代谢工程技术提高资源植物中TAs含量是相关产业长期追求的目标。第一例TAs代谢工程的报道起始于1992年，即第一个TAs功能基因HnH6H被克隆的一年之后，将HnH6H基因转入颠茄植株中使之超表达，惊奇地发现转基因当代和子一代植株的茎叶中几乎全是东莨菪碱，莨菪碱被完全转化了，表明H6H是很有效的遗传改造靶标基基因，王细荣等报道了在颠茄植株同时超表达TAs合成途径上游和下游的两个关键酶基因PMT和H6H，使终产物东莨菪碱干重含量达到了9mg/g证明了该策略的优越性。即便如此，颠茄中托品烷生物碱总含量仍然较底，因此在颠茄中如何大幅度提颠茄中托品烷生物碱的总含量，特别是莨菪碱的含量是亟待解决的问题。

Ca²⁺信号植物中最普遍和最重要的一种调控信号，几乎介导了对植物生长发育和应对环境刺激等各种生命活动的调控。生化与分子研究已经发现Ca²⁺信号能够通过多种机制调控转录因子的活性，进而激活或抑制基因的表达，其中大多数是通过与Ca²⁺/CaM复合体相结合来实现的。CaM能够以大量的转录因子作为靶标调控其活性，但是超量表达CaM能否提高颠茄中莨菪碱和东莨菪碱的含量未见报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种颠茄钙调蛋白AbCaM1基因；本发明的目的之二在于提供含有颠茄钙调蛋白AbCaM1基因的重组植物表达载体；本发明的目的之三在于提供颠茄钙调蛋白AbCaM1基因在提高颠茄生物碱含量中的应用；本发明的目的之四在于提供一种提高颠茄生物碱含量的方法，利用AbCaM1基因转化颠茄建立了稳定提高颠茄中莨菪碱和东莨菪碱含量，为利用颠茄大规模生产颠茄素奠定了基础。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、颠茄钙调蛋白AbCaM1基因，所述AbCaM1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

本发明中，所述AbCaM1基因编码的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。

2、含有权利要求1所述颠茄钙调蛋白AbCaM1基因的重组植物表达载体。

作为本发明优选的技术方案，所述重组植物表达载体是将如SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列连入pBI121载体的BamH I和Sac I酶切位点处。

3、所述颠茄钙调蛋白AbCaM1基因或所述重组植物表达载体在提高颠茄生物碱含量中的应用。