调控蒙古冰草木质素含量的AmCAD1基因及其编码产物和应用

本发明属于能源牧草植物基因工程，涉及一种蒙调控蒙古冰草木质素含量的蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad)基因及其编码产物和应用。

背景技术：

1、蒙古冰草(agropyron mongolicum)是禾本科多年生二倍体草本植物，是干旱草原上优良的多年生牧草，耐旱，它在我国天然牧场复播和人工草地播种中发挥着重要作用，特别是在中国北方干旱地区，其茎叶柔软，根系高度发达，分蘖能力强，适应性强，以抗旱性强著称。它可用于寒冷和干旱地区的牧场和生态恢复，并提供优越的基因资源来培育抗旱性和改良饲料。对研究物种的起源、进化和遗传多样性具有重要价值，是牧草生产和生态建设中的一种重要植物资源。蒙古冰草的生态分布范围非常广，主要分布于中国中西部荒漠草原。作为优质牧草，干草产量在典型草原的草丛中占有重要地位。此外，蒙古冰草作为小麦的野生近缘种，不仅是小麦育种的重要抗性基因库，也是沙质草地改良的重要物种。

2、随着对植物木质素合成途径的深入研究，利用木质素合成调控进行植物改良取得了一些非常重要的进展。利用木质纤维素生产生物乙醇是未来发展的一个重要方向。木质素是阻碍纤维素水解的重要因素之一。木质素是一种酚类多聚体，是微管细胞壁中不可忽视的一部分。它由单木酚聚合产生，单木酚通过苯丙烷途径合成。肉桂醇脱氢酶(cinnamylalcohol dehydrogenase，cad)是参与木质素亚基合成的关键酶。肉桂醇脱氢酶作用于整个木质素合成代谢途径中的最后一步反应，对愈创木基木质素(guaiacyl lignin,g-木质素)，紫丁香基木质素(syringyl lignin,s-木质素)，对-羟基苯基木质素(hydroxy-phenyllignin,h-木质素)的合成具有一定的作用。由于核苷酸和氨基酸序列之间存在差异因而可将cad基因分成三种类型，但是只有一种类型参与了木质素的生物合成，这一类型的cad在nadp辅酶的作用下将肉桂醇(香豆醛、咖啡醛、松柏醛、5-羟基松柏醛、芥子醛)还原成相对应的醇(香豆醇、咖啡醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇)。总的来说，cad可以参与木质素特异合成途径下游酶类的调控，是一类重要的限速酶。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad1)基因。

2、本发明第二个目的是提供该基因编码的蛋白质。

3、本发明还提供了含有该基因的重组载体和宿主细胞。

4、本发明的另一个目的在于提供该基因的应用。

5、本发明所提供的蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad1)基因，所述基因的核苷酸seq idno.1所示的核苷酸序列。

6、本发明还提供该基因所编码的蛋白质，所述蛋白质的氨基酸序列seq id no.2。

7、本发明一种重组载体，所述重组载体包含有所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad1)基因。

8、本发明还提供一种宿主细胞，所述宿主细胞包含所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad1)基因。

9、本发明还提供蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因在制备蒙古冰草遗传工程株中的应用。

10、本发明还提供蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因在催化芥子醛、松柏醛、对香豆醛生成木质素亚基中的应用。

11、本发明与现有技术相比的有益效果如下：本发明中获得的蒙古冰草肉桂醇脱氢酶(amcad1)基因是调控木质素合成的关键基因，在最适温度和最适ph上跟其他物种有差异，amcad1对三种底物的最适催化温度均为30℃，amcad1对三种底物的最适催化ph均为7.5。蒙古冰草对芥子醛和松柏醛的亲合力较强，对底物有较高的催化能力。

12、通过对amcad1基因进行分子调控，能够增加有机醇的含量，降低木质素含量，提高能源植物利用效率，获得新型的牧草种质资源具有重要意义。

技术特征：

1.蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因，其特征在于，所述基因的核苷酸seq id no.1所示的核苷酸序列。

2.权利要求1所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因编码的蛋白质，其特征在于，所述蛋白质的氨基酸序列为seq id no.2。

3.一种重组载体，其特征在于，所述重组载体包含有权利要求1所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因。

4.一种宿主细胞，其特征在于，所述宿主细胞包含权利要求1所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因。

5.权利要求1所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因在制备蒙古冰草遗传工程株中的应用。

6.权利要求1所述蒙古冰草肉桂醇脱氢酶基因在催化芥子醛、松柏醛、对香豆醛生成木质素亚基中的应用。

技术总结
本发明涉及一种调控蒙古冰草木质素含量的AmCAD1基因及其编码产物和应用，属于基因工程领域，所述的AmCAD1基因具有SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列，该基因编码的蛋白质具有SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列。本发明还提供包含所述AmCAD1基因的重组载体。AmCAD1能够催化芥子醛、松柏醛、对香豆醛生成木质素亚基，因此可通过调控AmCAD1基因的上调表达来蒙古冰草中木质素的合成，并通过细胞培养工程改良蒙古冰草品系。

技术研发人员：付春祥,何峰,王贺萍,孙震,赵彦,刘宇辰,苏彦龙,杜锦瑜
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16