茶树中甲基化EGCG的分离纯化与相关基因的克隆及其表达研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:etzhenghao2
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EGCG是茶树中具有重要生理功能的次级代谢产物。(-)-表没食子儿茶素-3-0(3-O-甲基)没食子酸酯(EGCG3"Me)和(-)-表没食子儿茶素-3-O(4-O-甲基)没食子酸酯(EGCG4"Me)作为EGCG甲基化衍生物,研究表明其具有高效的抗过敏功能,尤其是抗花粉过敏表现出的优势引起了日本产业界的高度重视,也掀起了研究甲基化EGCG的热潮。花粉症在一些国家发病率较高,日本发病率超过1/3。目前治疗过敏性疾病的药物多为化学合成药,尚未发现有比茶叶中的EGCG3"Me和EGCG4"Me对过敏,尤其是花粉症过敏更显著功效的纯植物药品,国际医药与保健品行业均认为甲基化EGCG非常有可能发展为一个独立茶树品种,成为新的儿茶素经济增长点而为社会带来巨额财富。本论文立足于上述研究背景,以富含甲基化EGCG的茶树资源为材料,研究了茶树中甲基化EGCG的分析检测方法,分离纯化技术及其化学合成方法,全长克隆和分析了甲基化EGCG生物合成相关基因,并采用原核表达和体外酶试验对候选基因进行了功能验证,为茶树甲基化EGCG生物合成的调控及甲基化EGCG高效利用提供了有价值的理论依据与技术基础。主要研究结果如下:建立了同时测定茶叶中8种儿茶素(EGC、DL-C、EC、EGCG、 GCG、EGCG3"Me、 EGCG4"Ne、ECG)、3种生物碱(茶碱、可可碱、咖啡碱)和没食子酸的高效液相色谱方法。色谱条件如下:采用C18色谱柱;流动相为磷酸缓冲液-乙腈溶液,梯度洗脱;波长278nm;流速1.0mL/min;柱温30℃。该方法除了可以测定两种甲基化EGCG外,还能检测茶叶中其他成分,对茶树资源的筛选、茶叶甲基化EGCG的分离纯化等提供了强有力的分析工具。采用柱色谱和反相高效制备液相色谱相结合的方法从茶叶中分离制备两种甲基化EGCG (EGCG4"Me和EGCG3"Me)。用含水的乙酸乙酯为溶剂提取茶叶,粗提液浓缩后经HP-20柱色谱分离,以不同浓度的酒精为洗脱剂,收集80%酒精洗脱组分再经制备液相色谱分离,以水和乙腈为流动相进行梯度洗脱分离两种甲基化EGCG单体。经紫外光谱、质谱、核磁共振分析以及与文献比对,确定两种甲基化EGCG分别为EGCG4"Me和EGCG3"Me,纯度在98%以上。以硫酸二甲酯为甲基化试剂、EGCG为底物、丙酮为溶剂,采用化学方法合成甲基化EGCG。利用制备型高效液相色谱和超临界流体色谱对合成的粗产物进行分离,得到3种甲基化EGCG单体。经紫外光谱、核磁共振、质谱分析以及与文献比对,确定3种甲基化EGCG分别为EGCG4"Me、3’,4"-di-O-methyl-EGCG、4’,4"-di-O-methyl-EGCG,且EGCG4"Me为主要产物。所制备的3种甲基化EGCG的纯度在98%以上。利用SMART RACE技术成功克隆了甲基化EGCG合成酶(CsCOMT)的全长cDNA序列。CsCOMT基因的cDNA全长1040bp,ORF为738bp编码245个氨基酸。经过相关的生物信息学分析,CsCOMT氨基酸残基数为245,理论等电点PI5.39,分子量27553.6(Da),属于亲水性蛋白,CsCOMT蛋白氨基酸序列中可能不存在卷曲螺旋结构,存在跨膜结构域,属于跨膜蛋白,其磷酸化位点有5个,非均匀的分布在整个多肽链中。克隆甲基化EGCG合成酶基因的全长cDNA,对于改良茶树品种资源具有良好的现实意义。采用原核表达和体外酶试验法,对甲基化EGCG合成酶基因功能进行了初步验证。采用中间质粒pMD18-CsCOMT,成功构建了茶树CsCOMT蛋白的重组质粒pET-28a-CsC0MT,并转入表达载体BL21,经IPTG诱导实现了重组蛋白的表达,表达蛋白的分子量大约为28kD,其分子量与预测的一致。以EGCG为底物,利用纯化的重组蛋白进行体外酶促试验,经HPLC分析检测,成功诱导出甲基化EGCG。采用相对定量的分析方法,分析了同一茶树品种—芽二叶及第三、四叶、不同品种同一时期、同一品种不同采摘时期中的CsCOMT基因表达量。
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