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银杏内酯是在银杏提取物已确定的药用功能中起着主要作用的有效药用成分。由于不断扩大的银杏制品的市场需求和有限的银杏树资源,用基因工程修饰生物合成途径成为了银杏内酯代谢工程中最具潜力的方法。
1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶是质体MEP途径末端的酶,为银杏内酯的生物合成提供了异戊烯前体。用RACE方法首次从银杏中分离得到编码HDR蛋白的全长cDNA,称为GbHDR(Genbank登录号:DQ364231)。GbHDR含有一个1422bp的开放阅读框,编码474个氨基酸。推测的GbHDR蛋白序列与其他植物物种有较高的同源性,具有四个保守的半胱氨酸残基,并且预测其N端有一个叶绿体转运肽。二级结构预测显示GbHDR与拟南芥中的HDR蛋白具有相似的二级结构。Southern blot分析表明GbHDR是一个单拷贝基因。组织表达分析显示GbHDR在根中表达最高,而在叶和茎中表达量相对较低。GbHDR基因的克隆和分析为我们进一步进行银杏内酯代谢工程提供了一个重要的靶点基因。
为建立银杏遗传转化的高效体系,对一些重要的影响银杏转化的因素,包括外植体类型,选择标记和筛选压,农杆菌工程菌株,共培养时间和恢复时间第一次进行了试验并优化了条件。PCR分析和GUS活性的组织化学检测被用来验证独立的潮霉素抗性愈伤的成功转化和报告基因的表达。在以下条件下得到了最高的转化率(43.8%):银杏种子胚用农杆菌EHAl05转化后共培养3天。经过28天恢复期,从转化过的胚诱导出的愈伤用添加了10mg/L潮霉素的培养基进行筛选培养。大约1个月后,从褐化死亡的愈伤组织上冒出的小白点即潮霉素抗性愈伤被取下培养至一定量可以进行后续分析。
为了研究银杏内酯生物合成途径中的酶对银杏愈伤中银杏内酯含量的影响,我们基于pCAMBIAl304载体同时构建了单基因和双基因表达载体,由CamV35S启动子启动基因,包括载体1:p1304+Gbhdr;载体2:p1304+Gblps;载体3:p1304<'+>+Gbggpps;载体4:p1304<'+>+Gblps+Gbggpps.把这些载体按照上述的最佳方案转化银杏。至今得到了p1304<'+>+Gbggpps和p1304+Gblps的转基因愈伤组织,并用PCR检测进行了确认。半定量RT-PCR显示出Gbggpps在不同的转基因愈伤组织中有不同水平的表达总的来说,我们克隆并分析了银杏内酯生物合成途径中的一个重要基因——GbHDR,并且建立了一个高效的遗传转化体系以从银杏种子胚得到转基因愈伤组织。另外,为进行初步的银杏内酯代谢工程研究,构建了带有一个或两个合成酶基因的植物表达载体。以上工作不仅对于更全面地了解银杏内酯生物合成途径中的酶很有帮助,同时也为进一步进行银杏内酯代谢工程奠定了基础。