圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因及其应用

本发明属于植物基因工程，具体涉及一种圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因及其应用。

背景技术：

1、苔藓植物是最早的陆生植物，其起源最早可追溯至5.2亿年前，被认为是水生植物早期进军陆地后向维管植物进化的过渡类群。植物在最初由水生环境登陆时面临众多的挑战，例如，水中浮力支撑的失去、紫外线的直射、干旱、动物的啃食、病原菌的侵害等。为抵抗这些胁迫以适应复杂的陆地环境，植物自身进化出了木质素生物合成途径。

2、木质素的出现是水生植物向陆地植物进化的重要标志。木质素是由对羟基肉桂醇、松柏醇和芥子醇三种木质素单体交联聚合生成的复杂大分子结构，分为对-羟基苯基木质素亚基(h木质素亚基)、愈创木基木质素亚基(g木质素亚基)和紫丁香基木质素亚基(s木质素亚基)。

3、肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,cad)是参与三种木质素单体生物合成最后一步的关键酶，可将肉桂醛类化合物还原为肉桂醇类化合物，对三种木质素亚基的生物合成具有重要作用。cad是一个多基因家族，一种植物中可能含有多个cad亚型，在系统进化分析中通常将cad成员分成四类，一类中是真正的cad成员，催化活性普遍好，二类中cad成员部分具有催化功能，三类中cad成员没有催化活性或催化活性极其微弱，四类中cad成员催化活性较好。

4、高等的被子植物中拥有完整的木质素生物合成途径，但在原始的陆生植物苔藓中，对该途径的研究相对较少。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3及其应用。

2、本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3，其核苷酸序列如seq idno.1所示。

4、上述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3编码的蛋白，其氨基酸序列如seq idno.2所示。

5、本发明还提供包含上述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3的重组表达载体、宿主细胞。

6、本发明还提供一种上述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3的可溶性表达方法，具体为：

7、将圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3构建到原核表达载体pet32a(+)上，然后将其与ptf16分子伴侣共转化到bl21(de3)感受态中异源表达，在异丙基-β-d-硫代半乳糖苷和阿拉伯糖的诱导下表达成蛋白，该蛋白的可溶性好。

8、本发明还提供上述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3编码的蛋白在催化醛类底物生成相应醇类化合物的反应中的应用。

9、优选的，所述底物为木质素单体生物合成途径中的五个肉桂醛底物，即对羟基肉桂醛、咖啡醛、松柏醛、5-oh松柏醛和芥子醛。

10、本发明还提供上述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3在植物抗水杨酸激素、干旱胁迫或低温胁迫中的应用。

11、优选的，所述植物为苔藓植物。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

13、本发明首次从苔藓植物圆叶裸蒴苔中克隆得到肉桂醇脱氢酶基因hmncad3，hmncad3参与圆叶裸蒴苔木质素单体生物合成，其发现对今后探索早期陆生植物中木质素的进化具有重要意义。

14、经系统进化分析，本发明hmncad3编码的肉桂醇脱氢酶虽然属于三类cad成员，但是其催化性能明显优于其他三类cad成员(一般三类cad成员对肉桂醛类底物没有催化活性或催化活性极其微弱)，对木质素单体生物合成途径中的五个肉桂醛底物，即对羟基肉桂醛、咖啡醛、松柏醛、5-oh松柏醛和芥子醛均表现出良好的催化活性。此外，试验表明，hmncad3在植物抗激素、干旱以及低温胁迫过程中发挥一定作用。

技术特征：

1.一种圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3，其核苷酸序列如seq id no.1所示。

2.权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3编码的蛋白，其特征在于，所述蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

3.包含权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3的重组表达载体。

4.包含权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3的宿主细胞。

5.权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3的可溶性表达方法，其特征在于，将圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3构建到原核表达载体pet32a (+)上，然后将其与ptf16分子伴侣共转化到bl21(de3)感受态中异源表达，在异丙基-β-d-硫代半乳糖苷和阿拉伯糖的诱导下表达成蛋白。

6.权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3编码的蛋白在催化醛类底物生成相应醇类化合物的反应中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述底物为对羟基肉桂醛、咖啡醛、松柏醛、5-oh松柏醛或芥子醛中的任意一种。

8.权利要求1所述的圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因hmncad3在植物抗水杨酸激素、干旱胁迫或低温胁迫中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述植物为苔藓植物。

技术总结
本发明属于基因工程领域，具体涉及一种圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因HmnCAD3及其应用，所述圆叶裸蒴苔肉桂醇脱氢酶基因HmnCAD3的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。经系统进化分析，本发明HmnCAD3编码的肉桂醇脱氢酶虽然属于三类CAD成员，但是其催化性能明显优于其他三类CAD成员，对木质素单体生物合成途径中的五个肉桂醛底物，即对羟基肉桂醛、咖啡醛、松柏醛、5‑OH松柏醛和芥子醛均表现出良好的催化活性。此外，试验表明，HmnCAD3在植物抗激素、干旱以及低温胁迫过程中发挥一定作用。本发明HmnCAD3的发现对今后探索早期陆生植物中木质素的进化具有重要意义。

技术研发人员：武一凤,王佳,王丽
受保护的技术使用者：河北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23