乙二醛酶SPG的功能及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种乙二醛酶SPG及其功能和应用。本发明专利技术揭示了乙二醛酶SPG是一种能够催化具有邻位羟基酮结构的化合物异构、脱水、环氧化的酶。SPG能够催化天然产物的芳香化反应、异构化反应、脱水反应和环氧化反应。同时，乙二醛酶SPG的同源物，包括乙二醛酶I家族蛋白，包括人类乙二醛酶GLO1，也能够不依赖GSH而进行催化反应。所述SPG还可以以其特异性的催化功能对特定底物发挥解毒作用。因此，SPG在生物毒素降解、抗病作物工程和芳香剂设计方面具有广阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
乙二醛酶SPG的功能及应用


[0001]本专利技术属于植物学以及分子生物学领域，更具体地，本专利技术涉及乙二醛酶SPG或其同源物的功能及应用。

技术介绍

[0002]植物中存在很多芳香化的化合物，包括芳香族氨基酸、黄酮类化合物和一些生物碱等，这些芳香化的化合物大多从芳香族氨基酸得到苯环，或者由聚酮合酶PKS催化而来。酶促芳香化反应形成苯环，对于芳香化化学物质的合成具有重要应用价值。棉酚是一种倍半萜类化合物，是棉属植物中具有芳香化苯环结构的植保素，在抵御病菌、害虫和食草动物侵食等方面发挥重要作用。棉酚的生物合成途径研究一直为人们所重视，但由于缺乏相关的转录组数据，该途径进展较为缓慢。截止到目前，已经有一些棉酚生物合成途径的基因被分离鉴定。杜松烯合酶CDN是一个倍半萜环化酶，催化FPP形成杜松烯。三个细胞色素P450单加氧酶CYP706B1、CYP82D113和CYP71BE79 分别在杜松烯的骨架上进行羟化反应；脱氢酶DH1催化产生7-羰基-杜松烯 [1]。棉酚是如何被芳构化的，还是一个未解之谜。
[0003]甲基乙二醛(Methyglyoxal，MG)，也称为丙酮醛，含有两个活性羰基，是一种对细胞具有毒性的化合物，是糖酵解过程中产生的固有的毒性副产物，对所有以糖为能量来源的生物都是不可避免的[2]。生物体在长期的进化过程中产生了MG解毒系统，名为乙二醛酶系统。乙二醛酶系统由两个酶组成，乙二醛酶I(Glyoxalase I，GLO1，GLXI，EC 4.4.1.5)和乙二醛酶II(Glyoxalase II，GLO2，GLXII，EC 3.1.2.6)。MG和还原性谷胱甘肽GSH通过非酶促反应生成硫代半缩醛，经GLXI催化生成S-D-乳酰谷胱甘肽，随后GLXII催化 S-D-乳酰谷胱甘肽生成无毒的D-乳酸，并释放还原性谷胱甘肽以重复利用，从而达到解毒的作用[3]。其中GLXI是反应中的限速酶，在MG的代谢解毒方面起到重要作用，植物中GLXI家族成员众多，是否存在其它的催化功能还是未知。
[0004]真菌毒素是由镰刀菌、青霉菌和交链孢菌等感染植物和农作物形成的真菌次生代谢产物，污染粮油食品、畜牧饲料和水果蔬菜等，严重影响食品安全和人畜健康。脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)及其酰基化衍生物3ADON和15ADON是最主要的真菌毒素，对谷物污染十分严重。其性质稳定，毒性高，被国际癌症研究机构IARC列为第三类致癌物，已被联合国粮农组织FAO和世界卫生组织WHO确定为最危险的天然食品污染物之一。采用生物学脱毒技术降解真菌毒素，具有绿色高效的优势，受到国际高度重视，但是此类研究目前进展缓慢。
[0005]综上，本领域中，以上各个方面的研究亟待进一步优化和提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供乙二醛酶SPG或其同源物的功能及应用。
[0007]在本专利技术的第一方面，提供乙二醛酶SPG或其同源物的用途，用于催化具有邻位羟基酮结构的环状化合物发生芳香化反应、异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应；或用于制备催化具有邻位羟基酮结构的环状化合物发生芳香化反应、异构化反应、脱水反应和/或
环氧化反应的制剂。
[0008]在一个优选例中，所述的环状化合物化合物为单环化合物或多环化合物 (包括双环化合物，如包含2～10个环)。
[0009]在另一优选例中，所述的邻位羟基酮结构包括：其中X为环结构，如4～7元环，更佳地5～6元环。
[0010]在另一优选例中，所述的芳香化反应或异构化反应包括：形成苯环、增加环结构中的不饱和键数量、改变环结构中的不饱和键的位置、或改变环结构或其上基团的光学构象或手性。
[0011]在另一优选例中，所述的具有邻位羟基酮结构的环状化合物包括：3-羟基-2-羰基-呋喃卡拉曼或其类似物，其经乙二醛酶SPG或其同源物催化发生芳香化反应和/或异构化反应，生成脱氧半棉酚(deoxyhemigossypol，dHG)或其类似物；或，8,11-二羟基-7-羰基-杜松烯或其类似物，其经乙二醛酶SPG 或其同源物催化发生异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应，生成呋喃卡拉曼(furocalamen)或其类似物；或乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇(3A-DON)或其类似物，其经乙二醛酶SPG催化发生异构化反应，生成异构化乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇或其类似物。
[0012]在另一优选例中，所述的3-羟基-2-羰基-呋喃卡拉曼和8,11-二羟基-7-羰基-杜松烯为参与棉酚生物合成的中间物质，从而，所述的乙二醛酶SPG或其同源物被用于棉酚生物合成中。
[0013]在另一优选例中，所述乙二醛酶SPG包括：(a)如SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽；或(b)将SEQ ID NO:2所示氨基酸序列经过一个或多个(如 1-20个；较佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳地95％以上；如98％以上或99％以上)相同性且具有(a)多肽功能的多肽；或(d)具有(a)多肽功能的SEQ ID NO:2的片段；较佳地，所述乙二醛酶SPG的编码基因的ID包括：Gh_A03G0247，Gh_A03G0248，Gh_D03G1320，Gh_D03G1321， Gh_D03G1322，Gorai.003G145000.1，Gorai.003G145100.1， Gorai.003G145200.1，Ga_01G2453，Ga_01G2453，GB_A03G0384， GB_A03G0385，GB_A03G0386，GB_D03G1602，GB_D03G1603， GB_D03G1604。
[0014]在另一优选例中，所述乙二醛酶SPG的同源物包括：乙二醛酶I(GLXI)，乙二醛酶GLO1；较佳地，所述的乙二醛酶I包括GhGLXI，CrGLXI，SmGLXI， OSGLXI，AtGLXI，DzGLXI，DmGLXI，DrGLXI；较佳地，所述的乙二醛酶GLO1包括HsGLO1。
[0015]在另一优选例中，所述的乙二醛酶SPG的同源物还包括所述乙二醛酶I 或乙二醛酶GLO1的变体，如与其任一的氨基酸序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳地95％以上；如98％以上或99％以上)相同性且具有它们的功能的多肽。
[0016]在本专利技术的另一方面，提供乙二醛酶SPG的用途，用于降低或解除毒素脱氧雪腐镰刀菌醇(DON)的酰基化衍生物的毒性。
[0017]在本专利技术的另一方面，提供一种催化具有邻位羟基酮结构的环状化合物发生芳香化反应、异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应的方法，包括：以乙二醛酶SPG或其同源物处理所述具有邻位羟基酮结构的环状化合物。
[0018]在一个优选例中，所述的环状化合物化合物为单环化合物或多环化合物 (包括双环化合物，如包含2～10个环)；或，所述的邻位羟基酮结构包括：其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.乙二醛酶SPG或其同源物的用途，用于催化具有邻位羟基酮结构的环状化合物发生芳香化反应、异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应；或用于制备催化具有邻位羟基酮结构的环状化合物发生芳香化反应、异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应的制剂。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的环状化合物化合物为单环化合物或多环化合物。3.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的邻位羟基酮结构包括：其中X为环结构。4.权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的芳香化反应或异构化反应包括：形成苯环、增加环结构中的不饱和键数量、改变环结构中的不饱和键的位置、或改变环结构或其上基团的光学构象或手性。5.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的具有邻位羟基酮结构的环状化合物包括：3-羟基-2-羰基-呋喃卡拉曼或其类似物，其经乙二醛酶SPG或其同源物催化发生芳香化反应和/或异构化反应，生成脱氧半棉酚或其类似物；8,11-二羟基-7-羰基-杜松烯或其类似物，其经乙二醛酶SPG或其同源物催化发生异构化反应、脱水反应和/或环氧化反应，生成呋喃卡拉曼或其类似物；或乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇或其类似物，其经乙二醛酶SPG催化发生异构化反应，生成异构化乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇或其类似物。6.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的3-羟基-2-羰基-呋喃卡拉曼和8,11-二羟基-7-羰基-杜松烯为参与棉酚生物合成的中间物质，从而，所述的乙二醛酶SPG或其同源物被用于棉酚生物合成中。7.如权利要求1～6任一所述的用途，其特征在于，所述乙二醛酶SPG包括：(a)如SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽；或(b)将SEQ ID NO:2所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序列有80％以上相同性且具有(a)多肽功能的多肽；或(d)具有(a)多肽功能的SEQ ID NO:2的片段；较佳地，所述乙二醛酶SPG的编码基因的ID包括：Gh_A03G0247，Gh_A03G0248，Gh_D03G1320，Gh_D03G1321，Gh_D03G1322，Gorai.003G145000.1，Gorai.003G145100.1，Gorai.003G145200.1，Ga_01G2453，Ga_01G2453，GB_A03G0384，GB_A03G0385，GB_A03G0386，GB_D03G1602，GB_D03G1603，GB_D03G1604。8.如权利要求1～6任一所述的用途，其特征在于，所述乙二醛酶SPG的同源物包括：乙二醛酶I，乙二醛酶GLO1；较佳地，所述的乙二醛酶I包括GhGLXI，CrGLXI，SmGLXI，OSGLXI，AtGLXI，DzGLXI，DmGLXI，DrGLXI；较佳地，所述的乙二醛酶GLO1包括HsGLO1。9.乙二醛酶SPG的用途，用于降低或解除毒素脱氧雪腐镰刀菌醇的酰基化衍生物的毒性。10.一种催...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓亚，黄金泉，方欣，田秀，郭晓祥，林嘉玲，陈志文，上官小霞，王凌健，
申请(专利权)人：中国科学院分子植物科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：