一种泡桐尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种泡桐尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因及其应用。该尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶氨基酸残基序列如ＳＥＱ　ＩＤ　№：１所示。利用这些信息可以构建成尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因、或该基因的反义基因、ＲＮＡ干扰体，用于植物材质改良，可以建立起纤维素含量高、或低的新种质材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase UGP)基因及其克隆，属于生物工程领域，特别涉及到泡桐 禾斗(Paulowniaceae)泡桐属(Paulownia)白花泡桐〔Paulownia. fortunei (Seem) Hemsl〕)编码4CL基因及其应用。
技术介绍
1、关于泡桐及其泡桐木材的材质改良泡桐(Paulownia)为泡桐科(Paulowniaceae)泡桐属(Paulownia)落叶乔木， 原产我国，除个别种分布到越南、老挝 外，其他各种均为我国所特有。泡桐是世界三大优质、速生用材树种之一，分布范围很广，二十三个省、 市、自治区都有。不少地区作为四旁植树、农桐间作、林网建设的主要树种； 有些地方还逐渐向山地造林发展，栽培量很大，仅河南省栽植的泡桐就达二亿 株左右。泡桐生长快，如果管理得好，泡桐五六年即可成材。泡桐材质轻，纹 理鲜明美观，易干燥，易加工、不翘、不裂、不易变形、不易燃烧，绝缘性好， 耐酸耐腐，防湿隔热，导音性能好等优点，是单板与人造板生产的重要原料； 特别适合制作航空、舰船模型、救生器械及乐器及家具制作等，不但用于工农 业及日常生活等各个方面，而且也是我国传统的出口物资，在我国林业生产中 占有特殊地位。但是应该看到，泡桐木材材质的另一面轻(容重低)，强度与硬度低，严 重限制了它在建筑、交通、家装、家具、造纸等方面的应用范围与应用价值。因此，改良泡桐的材质，提高其强度与硬度，拓宽其应用范围具有重大的应用 与经济价值。泡桐的材质改良有两个方向。 一是提高其强度与硬度，拓宽其木材建筑、 交通、家装与家具等方面的应用；二是提高木材中纤维素的含量，降低其木质 素的比率，以提高纸浆的产量、降低对环境的污染，更适用于造纸。2、关于木材的材质改良与尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的关系我们知道木材的材质或特性主要是由木纤维的基本组分一纤维素、木质素单体种类、性质及其比率与总量决定的。纤维素约占木材干重的40 50%，木质 素约占15 36%， 二者总计占到木材总中的70%以上。纤维素是纤维素则是木材中的骨架、韧性成分，是由葡萄糖组成的大分子 多糖。木质素是由对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇四种醇单体形成 的一种复杂酚类聚合物。木质素是木材细胞间的粘合剂、刚性原料和保持性物 质。UGP是纤维素生物合成的关键酶，催化葡萄糖-l-磷酸(Glc-l-P)生成尿苷 二磷酸葡萄糖(UDP-GLC)。尿苷二磷酸葡萄糖是纤维素生物合成的基本原料与 前体。UGP的活性决定着木材中纤维素含量及其与木质素的与比率。木质素生物合涉及苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine a腿onialyase PAL)、 4-香豆酸CoA连接酶(4-coumarate : CoA ligase 4CL)、肉桂酸CoA还原酶 (cinnamoy1-CoA reductase CCR)等多个基因。这些基因分处在木质素生物 合成的源头、中、下游不同位置，且功能、作用不同。这些基因的任何一种， 都不能缺失、不能替代；任一种基因的失常都将影响木质素的合成，导致材质 的变化，且影响的范围、形式与结果不同。木材材质改良的实质，就是通过改变纤维素、木质素生物合成关键酶基因， 调控纤维素、木质素单体种类、性质及其比率与总量。在此，应该特别指出，纤维素、木质素既是木材细胞壁的功能成份，同时又是其主要的结构物质，二者总量占到干重的70%以上，且均直接或间接来源于光合作用生产的光合产物。 这就决定了在植物正常生长、光合产物稳定的情况下，UGP与木质素生物合成的 任一种关键酶基因表达的上调或下调，不仅影响纤维素(或木质素)的含量而 且也强烈影响着木质素(或纤维素)的含量与比率。增强UGP基因的表达，提高UGP酶的活性，可以提高纤维素在木材中的比 率，用于造纸则可提高纸浆的产量，降低木质素对环境的污染。反之，沉默或 抑制UGP基因，可以降低纤维素在木材中的含量，提高木质素的比率，提高其 强度与硬度，扩大木材的应用范围与经济价值。
技术实现思路
本专利技术公开了 一种来源于泡桐科(Paulowniaceae)泡桐属(Paulownia)白 花泡桐〔Paulownia fortunei (Seem. )Hemsi 〕的尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucose pyrophosphorylase UGP)基因序列及其相应的氨基酸序列。提 供了含有UGP的克隆载体PUC19/UGP和含有这种载体的E.coli细胞JM109 / pUC19 /UGP 。泡桐UGP的DNA序列或其片段通常可以依据本专利技术提供的mRNA、氨基酸序 列信息资料以PCR扩增法、重组法或人工合成的方法获得。对于PCR扩增法， 可根据本专利技术所公开的有关核昔酸序列，尤其是开放阅读框序列来设计引物， 按本领域技术人员己知的常规方法所制备的cDNA库作为模板，扩增而得有关 序列。当序列较长时，常常需要进行两次或多次PCR扩增，然后再将各次扩增 出的片段按正确次序拼接在一起。获得有关的序列后，用重组法来大批量地获 得有关序列。通常是将其克隆入载体，再转入细胞，然后通过常规方法从增殖 后的宿主细胞中分离得到有关序列。此外，还可用人工化学合成的方法来合成有关序列。在本申请之前，现有技术已完全可以通过先合成多个多核昔酸小片段，然后再进行连接而获得编码本专利技术UGP基因的核昔酸序列。然后，可将该 核昔酸序列引入本领域中各种现有的DNA分子(如载体)和细胞中。利用本专利技术成果，可以构建UGP基因工程菌，用于植物的基因转化，达到 改良植物品质或材质的目的。本专利技术中UGP基因的克隆，采用的技术方案是基于基因的同源性，利用简 并寡核苷酸引物的RT-PCR法，以白花泡桐RNA为模板，首先用简并引物引物， 通过RT-PCR的方法，得到了 UGP基因的部分cDNA片段。然后，据此片段提供 的cDNA序列信息，设计了2条反向嵌套式引物与2条正向嵌套式引物，用RACE 方法获得了未知的5'和3'端基因片段。最后，将获得的3条cDNA序列进行 拼接，获得了白花泡桐UGP全长cDNA序列。将获得的UGP基因片段与和专用的 克隆载体pMD19-T连接，获得pMD19-T-UGP质粒。利用热激法将这一质粒导入 感受态E. coli细胞JM109，成为含有pMD19-T-UGP的大肠杆菌细胞JM109 / pMD19-T-UGP。泡桐UGP基因全长cDNA序列已在GenBanK数据库注册，注册号 为EU341595，见SEQ ID No:2。泡桐UGP基因全长1694bp， CDS 1428 (112-1539)，起始密码子ATG位于 112-114bp处，终止密码子TAA位于1537-1539 bp处；推测共编码523个氨基 酸，见SEQ ID No:l。通过GenBanK BLAST比对的结果，显示泡桐与烟草(Nicotiana tabacum)、杨树(Populus tremula x Populus tremuloidese) UGP基因的同源性分别为84%、 81%。泡桐与烟草、杨树UGP氨基酸序列(GenBank Ac本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡桐尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶编码蛋白，其氨基酸残基序列如ＳＥＱ　ＩＤ　Ｎｏ：１所示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈占宽，杨艳坤，熊治国，李荣幸，穆守义，叶金山，王军军，苗丽娟，
申请(专利权)人：河南省绿士达林业新技术研究所，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]