倍半萜烯合成酶及其使用方法

專利名稱：倍半萜烯合成酶及其使用方法
技術領域：
本申請涉及倍半萜烯合成酶及其制備和使用方法。一個實施方案中，本發明提供 了含有本申請所述核苷酸序列的核酸，該核苷酸序列編碼至少一種倍半萜烯合成酶。另一 實施方案中，本發明還提供了倍半萜烯合成酶及其制備和使用方法。例如，本發明的倍半 萜烯合成酶可用于將法呢基焦磷酸酯轉化為各種氧化的和脂肪族倍半萜烯，包括朱欒倍半 萜、二環_吉馬烯、蓽澄茄醇和S-杜松烯。
背景技術：
萜烯化合物是一大類結構差異很大的天然分子。植物界中有最為多樣性的單萜和 倍半萜烯。通常它們在植物抵抗病蟲害及草食動物以及吸引授粉昆蟲方面發揮作用。萜烯的生物合成已經在很多種生物體內進行了廣泛的研究。萜烯的常見前體為焦 磷酸異戊烯酯(IPP)，催化產生IPP步驟的酶大多數已經研究清楚。IPP生物合成的兩個不 同途徑現已清楚(圖1)。甲羥戊酸酯途徑發現于植物細胞液和酵母中，而非-甲羥戊酸酯 途徑(或脫氧木酮糖-5-磷酸(DXP)途徑發現于植物質體和大腸桿菌中。例如，IPP在IPP異構酶作用下異構化為二甲基烯丙基二磷酸酯，可用異戊烯基轉 移酶將這兩種C5化合物縮合生成每一類萜烯的脂肪族焦磷酸酯萜烯前體，即對于單萜而 言是櫳牛兒基焦磷酸酯(GPP)，對于倍半萜烯而言是法呢基焦磷酸酯(FPP)，對于二萜烯為 櫳牛兒基櫳牛兒基焦磷酸酯(GGPP)(圖2)。催化脂肪族前體環化步驟的酶命名為萜烯環化 酶或萜烯合成酶，在本申請中稱之為萜烯合成酶。這些酶還能夠催化復合體多步驟環化形成萜烯或倍半萜烯化合物的碳骨架。例 如，催化環化的起始步驟可以是二磷酸酯基團的離子化形成烯丙基陽離子。然后，該底物 進行異構和重排，這些反應可以通過酶活性位點控制。產物可以是，例如非環、單、二或 三-環。然后，質子從碳正離子釋放出來或者碳正離子與水分子反應，釋放出萜烯烴或醇。 一些萜烯合成酶產生單一產物，但是大部分產生多種產物。自然界中發現了很多種的萜烯結構和倍半萜烯合成酶。現已從不同的植物來源克 隆和定性了幾種編碼cDNA或基因的倍半萜烯合成酶，例如，源自煙草(Facchini，P. J. and Chappel 1, J. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89，11088-11092.)和辣椒(Back，K.，et al. (1998) Plant Cell Physio. 39 (9)，899-904.)的 5-表-馬兜鈴烯(aristolochene)合成 酶，源自 Hyoscyamus muticus 的 vetispiradiene 合成酶(Back,K. and Chappe 11, J. (1995) J. Biol. Chem. 270 (13)，7375-7381.)，源自歐薄荷的(E) - β -金合歡烯合成酶(Crock, J.，
3et al. (1997)Proc. Natl. Acad. Sci. U.S. A. 94(24) ,12833-12838.)，源自北美冷杉的 δ-芹 子烯合成酶和 Y-潷草烯合成酶(Steele，C. L.，et al. (1998) J. Biol. Chem. 273(4), 2078-2089.)，源自亞洲棉的 δ -杜松烯合成酶(Chen, X. Y.，et al. (1995)Arch. Biochem. Biophys. 324 (2), 255-266 ；Chen, X. Y. , et al. (1996) J. Nat Prod. 59，944—951.)，源自 北美冷杉的 E- α -沒藥烯合成酶(Bohlmann，J.，et al. (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. Α. 95 (12)，6756-6761.)，源自番茄的吉馬烯 C 合成酶(Colby, S. Μ.，et al. (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. Α. 95 (5)，2216-2221.)，源自黃花蒿的表-雪松醇合成酶和紫 H It -4，11- 二 ☆ @ _ (Mercke, P. ， et al. (1999) Arch. Biochem. Biophys. 369(2)， 213-222 ；Mercke, P.，et al. (2000)Arch. Biochem. Biophys. 381(2)，173-180.)，以及 源自萵苣、菊苣和加拿大一枝黃花的吉馬烯A合成酶(Bennett，Μ. H.，et al. (2002) Phytochem. 60,255-261 ；Bouwmeester, H. J. , et al. (2002)Plant Physiol. 129(1), 134-144 ；Prosser I，et al. (2002)Phytochem. 60，691-702)。很多倍半萜烯化合物被用于香料(例如，廣藿香醇(patchoulol)，諾卡酮，檀香 醇，韋惕酮，甜橙醛)，且很多提取自植物。因此，它們的產量和價格取決于植物來源的波動 以及主產國的穩定性。因此，人們希望獲得非植物依賴性的倍半萜烯生產系統。由于一些 倍半萜烯結構的復雜性，所以其化學合成的造價往往讓人難以接受。

發明內容
一個實施方案中，本發明涉及編碼倍半萜烯合成酶的分離的核酸。本申請中的倍 半萜烯合成酶還可以根據該酶與脂肪族焦磷酸酯萜烯前體例如法呢基焦磷酸酯接觸時產 生的至少一種化合物來命名。例如，能生成二環吉馬烯作為其一種產物的倍半萜烯合成酶 可稱為二環吉馬烯合成酶。按照這一慣例，本發明核酸的實例包括編碼蓽澄茄醇合成酶 (GFTpsC) (SEQ ID NO 1) ； δ -杜松烯合成酶(GFTpsE) (SEQ ID NO 2) ；二環吉馬烯合成酶 (GFTpsB) (SEQ ID NO 3)；朱欒倍半萜合成酶(GFTpsDl&GFTpsD2) (SEQ ID NO :4&SEQ ID NO 5)的 cDNAo在一個實施方案中，本發明提供了一種分離的核酸，該核酸選自(a)含有基本上 如 SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9 或 SEQ ID NO 10 所示核苷酸 序列的核酸；(b)編碼基本上如 SEQ ID NO =USEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸雜交 的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成酶。在一個實施方案中，定義的條件為 中度嚴謹條件，另一個實施方案中為高度嚴謹條件。其他實施方案包括本發明核酸編碼的 多肽；含有本發明核酸的宿主細胞；經修飾含有本發明核酸的非人生物體；以及制備多肽 的方法，其中包括培養本發明的宿主細胞。在另一個實施方案中，本發明提供了一種分離的多肽，其含有基本如SEQ ID N0 USEQ ID N0:2、SEQ ID N0:3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5 所示的氨基酸序列。在另一個實施方案中，本發明提供了一種含有至少一種核酸的載體，該核酸選自 (a)含有基本上如 SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9 或 SEQ ID NO 10所示核苷酸序列的核酸；(b)編碼基本上如SEQ ID NO :1、SEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、 SEQ ID NO :4或SEQ ID NO :5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或
4(b)中核酸雜交的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成酶。其他實施方案包 括，制備重組宿主細胞的方法，其中包括將本發明載體導入宿主細胞。在一個實施方案中，本發明提供了一種制備至少一種倍半萜烯合成酶的方法，該 方法包括將經修飾以含有至少一種核酸序列的宿主在能夠產生所述至少一種倍半萜烯合 成酶的條件下培養。在一個實施方案中，所述的至少一種核酸選自(a)含有基本上如SEQ ID N0:6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO :9 或 SEQ ID NO : 10 所示核苷酸序列的核 酸；(b)編碼基本上如 SEQ ID NO :1、SEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、SEQ ID NO 4 或 SEQ ID NO :5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸雜交的核酸， 其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成酶。所述宿主可選自，例如，植物、微生物、菌體 細胞、酵母細胞、植物細胞和動物細胞。在另一個實施方案中，本發明提供了一種制備至少一種萜類化合物的方法，該方 法包括1)讓至少一種脂肪族焦磷酸酯萜烯前體與由核酸編碼的至少一種多肽接觸，在一 個實施方案中，所述核酸選自(a)含有基本上如SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO 8,SEQ ID NO :9或SEQ ID NO 10所示核苷酸序列的核酸；(b)編碼基本上如SEQ ID NO :1、 SEQ ID N0:2、SEQ ID NO :3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5 所示多肽的核酸；以及(c)能夠 在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸雜交的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜 烯合成酶，2)分離(1)中制備的至少一種萜類化合物。在一個實施方案中，所述至少一種萜 類化合物選自倍半萜烯。在另一個實施方案中，所述至少一種脂肪族焦磷酸酯萜烯前體為 法呢基焦磷酸酯。本發明方法制備的倍半萜烯包括，但不限于，二環吉馬烯、蓽澄茄醇、朱欒 倍半萜、α-蓽澄茄油烯、吉馬烯D和δ-杜松烯(圖3)。應該理解的是上面的概述和下面的詳述都只是例舉和解釋性的，而并不是對本發 明的限制。現在對本發明的范例性實施方案進行詳述。


圖1 焦磷酸異戊烯酯生物合成途徑的實例(甲羥戊酸酯途徑(A)和脫氧木酮糖 途徑(B))。圖2 由焦磷酸異戊烯酯生物合成萜烯的實例。圖3 倍半萜烯化合物實例的結構。圖4 兩組倍半萜烯合成酶的氨基酸序列比對的中間部分(番茄的吉馬烯C δ -杜 松烯合成酶(SEQ ID NO=Il)；歐薄荷的(Ε)-β-金合歡烯(SEQ ID Ν0 12)；北美冷杉的 S-芹子烯(SEQ ID NO 13)；香橙(citrus junos)的倍半萜烯合成酶(SEQ ID NO 14)； 煙草的5-表-馬兜鈴烯(SEQ ID NO 15)；辣椒的5-表-馬兜鈴烯(SEQ ID NO 16)；馬鈴 薯的 Vetispiradiene (SEQ ID NO 17) ；H. muticus 的 Vetispiradiene (SEQ ID N0:18)；亞 洲棉的S-杜松烯(SEQ ID NO 19)；黃花蒿的紫穗槐_4，11-二烯(SEQ ID NO 20)；黃花 蒿的表-雪松醇(SEQ ID NO 21)；北美冷杉的δ-潷草烯(SEQ ID Ν0:22))以及推導的簡 并引物的序列(TpsVFl (SEQ ID NO :23)、TpsVF2 (SEQ ID NO :24)、TpsVR3 (SEQ ID NO 25)； TpsCFl (SEQ ID NO :26)、TpsCF2 (SEQ ID NO :27)、TpsCR3 (SEQ ID N0:28))。每一比對列下 面的箭頭表示用于設計簡并引物及其方向的比對區域。圖5 柚子總RNA RT-PCR擴增產物推導出的氨基酸序列比對(GFTpsA (SEQ ID NO 29)、GFTpsB(SEQ ID NO 30)和 GFTpsC(SEQID N0:31))。圖6:源自葡萄柚的倍半萜烯合成酶GFTpsA(部分克隆)(SEQ ID NO 32), GFTpsB(SEQ ID NO 3), GFTbsC(SEQ ID NO 1), GFTpsDl(SEQ ID NO 4), GFTpsD2(SEQ ID NO 5)和GFTpsE (SEQ ID NO 2)的氨基酸序列比對。圖7 由重組柚子倍半萜烯合成酶制備的倍半萜烯的GC譜。圖 8 (a)GFTpsA(SEQ ID NO 32 禾口 SEQ ID NO :33)、(b)GFTpsB (SEQ ID NO :3 禾口 SEQ ID NO :8)、(c) GFTbsC (SEQ ID N0:liPSEQ ID NO :6)、(d) GFTpsDl (SEQ ID NO :4 禾口 SEQ ID NO :9)、(e)GFTpsD2(SEQ ID NO 5 禾口 SEQ ID NO 10)以及(f) GFTpsE (SEQ ID NO: 2和SEQ ID NO 7)的氨基酸及核苷酸序列。
具體實施例方式萜烯是含有異戊二烯單元(C5H8)的不飽和烴，可以是脂肪族或環狀。萜烯衍生 物，包括但不限于樟腦、薄荷醇、萜品醇和莰醇、香葉醇。本申請中的萜烯或萜類化合物包 括萜烯和萜烯衍生物，包括經過一個或多個步驟功能化的化合物，例如羥基化、異構化、氧 化_還原或酰化作用。在本申請中，倍半萜烯是具有C15結構的萜烯，包括倍半萜烯和倍半 萜烯衍生物，包括經過一個或多個步驟功能化的化合物，例如羥基化、異構化、氧化-還原 或酰化作用。本申請中，衍生物是指獲自已知或假定化合物且含有親體結構基本單元的任一化 合物。本申請中，倍半萜烯合成酶是任一種能催化倍半萜烯合成的酶。“等同”、“基本上等同”或“基本如所示”這些詞是指相關序列與給定序列之間 具有至少 70%、75%、80%、85%、90%、92%、95%、96%、97%、98%或 99% 的同一性。例 如，所述序列可以是等位變體、來自不同物種的序列，或者它們可以是從給定序列通過截 短、缺失、氨基酸取代或添加得到的。就多肽而言，比對序列的長度通常為至少20、30、50、 100或更多個氨基酸。就核酸而言，比對序列的長度通常為至少50、100、150、300或更多 個核苷酸。兩序列之間的同一性百分比可以通過常規對齊算法得到，例如，Altschul et al. (1990)J. Mol. Biol.，215 :403-410 中所述的 Basic Local Alignment Tool (BLAST)、 Needleman et al. (1970) J. Mol. Biol.，48 :444_453 中的算法、或者 Meyers et al. (1988) Comput. Appl.Biosci.，4 11-17 中的算法。因此，在一個實施方案中，本發明提供了一種分離的核酸，該核酸選自(a)含有 基本上如 SEQ ID N0:6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO :9 或 SEQ ID N0:10 所示核 苷酸序列的核酸；(b)編碼基本上如 SEQ ID NO =USEQ ID NO :2、SEQ IDNO :3、SEQ ID NO 4或SEQ ID NO :5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸 雜交的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成酶。在一個實施方案中，定義的條 件為中度嚴謹條件，另一個實施方案中為高度嚴謹條件。本申請中，本領域技術人員可以利用本申請實施例中描述的酶特性試驗(enzyme characterization assay)測定本發明核酸編碼的多肽是否是倍半萜烯合成酶。本申請中，雜交或在特定條件下雜交是用來描述雜交條件，在該條件下相互基本 等同或同源的核苷酸序列在洗滌后仍然保持彼此結合。所述條件可以是具有至少約70%，
6例如至少約80%，以及例如至少約85-90%同一性的序列仍然保持彼此結合。本發明中提 供了低度、中度和高度嚴謹條件的定義。本領域技術人員可以根據 Ausubel et al. (1995), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley&Sons，一書第 2、4 和 6 章中例舉的最小限度試驗(minimal experimentation)選擇合適的雜交條件。另夕卜，還有 Sambrook et al. (1989)Molecular Cloning :A Laboratory Manual, 2nd ed. , Cold Spring Harbor Press,第 7、9 禾口 11 章中描 述的嚴謹條件。本申請中的低度嚴謹條件如下所述。將含有DNA的濾膜40°C下在含下列 物質的溶液中預處理 6 小時:35% 甲酰胺，5xSSC，50mMTris-HCI(pH7. 5)，5mM EDTA，0. 1% PVP,0. 1% Ficolia % BSA, ^P 500 μ g/ml變性的鮭魚精子DNA0雜交在相同溶液中進行， 除下列改動外0. 02% PVP,0. 02% Ficoll,0. 2% BSA，100 μ g/ml 鮭魚精子 DNA，10% (wt/ vol)葡聚糖硫酸酯，使用5-20xl06 32P-標記探針。將濾膜在雜交混合液中40°C下孵育 18-20 小時，然后 55°C下用含有 2xSSC，25mM Tris-HCI (pH7. 4), 5mM EDTA禾口 0· SDS 的溶 液洗滌1.5小時。用新鮮溶液取代洗滌溶液，60°C下再孵育1.5小時。濾膜進行印跡干燥 并進行放射自顯影。本申請中定義的中度嚴謹條件如下所述。將含有DNA的濾膜50°C下在含下列物質 的溶液中預處理 7 小時:35% 甲酰胺，5xSSC，50mM Tris-HCI (pH7. 5), 5mM EDTA，0. 1% PVP, 0. l%Ficoll，l%BSA，和500 μ g/ml變性的鮭魚精子DNA。雜交在相同溶液中進行，除下列 改動外0· 02% PVP, 0. 02% Ficoll, 0. 2% BSA, 100 μ g/ml 鮭魚精子 DNA，10% (wt/vol)葡 聚糖硫酸酯，使用5-20xl06 32P-標記探針。將濾膜在雜交混合液中50°C下孵育30小時，然 后 55°C下用含有 2xSSC，25mM Tris-HCI (pH7. 4), 5mM EDTA 和 0. 1% SDS 的溶液洗滌 1. 5 小 時。用新鮮溶液取代洗滌溶液，60°C下再孵育1.5小時。濾膜進行印跡干燥并進行放射自 顯影。本申請中定義的高度嚴謹條件如下所述。將含有DNA的濾膜65°C下在由下列物 質組成的緩沖液中預雜交8小時至過夜:6xSSC,50mM Tris-HCI (ρΗ7· 5)，ImM EDTA，0. 02% PVP，0· 02% Ficoll,0. 02% BSA和500 μ g/ml變性的鮭魚精子DNA。將濾膜在65°C下在含 100 μ g/ml變性鮭魚精子DNA和5_20χ106 32P-標記探針的預雜交混合液中預雜交48小時。 將濾膜在37°C下用含有2xSSC，0. 01% PVP,0. 01% Ficoll和0. 01% BSA的溶液洗滌1小 時。然后再用0. IxSSC在50°C下洗滌45分鐘。如果上面給出的條件不合適(例如，當用于種間雜交時)，還可以選用本領域已知 的其他低度、中度和高度嚴謹條件(例如，當用于種間雜交時)。在一個實施方案中，本發明所述核酸和/或多肽分離自柑桔類植物，例如柚子或 橙子。在一個具體實施方案中，本發明涉及特定的分離的核苷酸序列，包括那些基本上不含 內源性污染物質的核苷酸序列。術語“核酸”或“核酸分子”是指單鏈或雙鏈形式的脫氧核糖 核酸或核糖核酸多聚體，除另有說明外，其中還包括與天然生成核苷酸具有類似功能的天 然核苷酸的已知類似物。“核苷酸序列”還指以單個片段或作為更大核酸組分形式存在的多 核苷酸分子或寡核苷酸分子。所述核苷酸序列或分子還被稱為“核苷酸探針”。本發明中的 一些核酸分子源自分離的DNA或RNA，這些分離的DNA或RNA至少一度曾以基本純化形式存 在，其量或濃度足以保證能夠用常規生化方法對其組分核苷酸序列進行鑒定、擴增和回收。 這些方法的實例，包括本申請中PCR方案所使用的方法，參見Sambrook et al. ,MolecularCloning :A Laboratory Manual,2nd ed. ,Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Harbor，NY(1989)，Current Protocols in Molecular B iology edited by F. A. Ausubel et al.，John Wiley and Sons，Inc. (1987)，禾口 Innis，M. et al.，eds.，PCR Protocols :A Guide to Methods and Applications，Academic Press (1990)。在本申請中，本發明所述核酸分子包括單鏈和雙鏈形式的DNA及其RNA互補鏈。 DNA包括，例如，cDNA、基因組DNA、化學合成DNA、PCR擴增的DNA及其組合。基因組DNA包括 翻譯區、非翻譯區及調控區，可以用常規技術來分離，例如使用本發明的任一種cDNA或其 合適的片段作為探針對一段基因組DNA進行鑒定，然后可以使用本領域常規方法克隆該基 因組DNA。通常，本發明范圍內的核酸分子包括在上述雜交和洗滌條件下能夠與本發明所 述序列雜交的序列，比本發明所述序列DNA雙螺旋熔融溫度低5°C、10°C、15°C、2(TC、25°C 或30°C的序列，包括被這些范圍囊括在內的任意范圍的條件。在另一個實施方案中，本發明所述核酸包括基本如SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、 SEQ ID N0:8、SEQ ID NO :9，或SEQ ID N0:10所示的序列。在一個實施方案中，所述核酸 與 SEQ ID N0:6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO :9 或 SEQ ID N0:10 所示核苷酸之 間具有至少85%、至少90%或至少95%的同一性。在一個實施方案中，所述核酸包含SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9 或 SEQ ID NO 10 所示的核苷酸序列。 在另一個實施方案中，所述核酸編碼一種蛋白質，該蛋白質是一種倍半萜烯合成酶，如實施 例部分酶測定中所述。本發明還提供了含有不同物種間保守區域的核酸。在另一實施方案中，所述核酸包含由SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、 SEQ ID NO :9或SEQ ID NO :10中的至少50、100、250、500或750個連續核苷酸組成的連 續片段。所述的這些核苷酸的連續片段還包括至少1處突變，只要突變體序列仍然保留原 序列的功能，仍然能夠與這些核苷酸在低或高度嚴謹條件下雜交，例如，中度或高度嚴謹條 件。所述片段可以源自，例如，SEQ ID N0:6、SEQ ID NO :7、SEQ ID N0:8、SEQ ID NO :9 或 SEQ ID NO 10 中的第 200-1600 位核苷酸(nt)、第 800-1600 位 nt、第 1000-1600 位 nt、第 200-1000 位 nt、第 200-800 位 nt、第 400-1600 位 nt 或第 400-1000 位 nt。如上所述，由本發明所述核酸編碼的多肽也在本發明范圍之內。本發明所述的分 離的核酸可選自編碼基本如SEQ ID NO 1, SEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、SEQ ID NO :4或 SEQ ID NO :5所示多肽的核酸。在一個實施方案中，所述多肽與SEQ ID NO =USEQ ID N0:
2、SEQID N0:3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5 之間具有至少 85%、至少 90%或至少 95% 的序列同一性。在一個實施方案中，本發明的多肽含有SEQ ID NO :1、SEQ ID NO :2、SEQ ID NO
3、SEQID NO :4或SEQ ID NO :5所示的氨基酸序列。在另一個實施方案中，所述多肽含有 基本如 SEQ ID N0:1、SEQ ID N0:2、SEQ ID N0:3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5 所示的氨 基酸序列。另一個實施方案中，所述多肽含有與SEQ ID NO 1, SEQ ID NO :2、SEQ ID N0: 3、SEQ ID NO :4或SEQ ID NO :5所示氨基酸序列間具有至少85%、至少90%或至少95% 序列同一性的氨基酸序列。在一個實施方案中，所述多肽是一種倍半萜烯合成酶，如下面實 施例部分酶測定中所述。由于遺傳密碼子的簡并性，能夠編碼同一氨基酸的密碼子不止一個，所以多個DNA 序列能編碼同一多肽。這些變體DNA序列可以獲自遺傳漂變或人工操作(例如，發生于PCR
8擴增過程中或者作為天然序列目的誘變(deliberate mutagenesis)的產物)。因此，本發 明包括能夠編碼源自 SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9 或 SEQ ID NO 10蛋白質的任一核酸或其變體。天然序列的目的誘變可以用本領域已知的許多種技術完成。例如，可以使用寡 核苷酸_定點-特異性誘變方法，特別是在期望使基因突變從而通過取代、缺失或插入使 預定限制性位點的核苷酸或密碼子變化的情況下。進行所述變化的方法的實例見Walder et al. (Gene 42 133,1986) ；Bauer et al. (Gene 37:73,1985) ；Craik(BioTechniques, January 12-19,1985) ；Smith et al. (Genetic Engineering Principles and Methods, Plenum Press, 1981) ；Kunkel (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:488,1985) ；Kunkel et al. (Methods in Enzymol. 154 :367,1987)；和美國專利 US4, 518，584 和 US4, 737，462。在一個實施方案中，本發明提供了分離的多肽。本申請中的“多肽”是指一類多肽 或肽片段，其中含有本申請鑒定出的氨基酸序列，以及更小的片段。替代地，可以根據多肽 與本發明核酸序列編碼的任一肽之間的抗原性相關程度來對該多肽進行定義。因此，在一 個實施方案中，本發明范圍內的多肽定義為其中含有與本發明核酸序列編碼的任一肽相同 線性或三維表位的氨基酸序列。替代地，本發明范圍內的多肽是能夠被具有下述特性的抗 體識別的，即該抗體能夠特異性識別本發明核酸序列編碼的任意一種肽。如果抗體與本發 明多肽結合時的Ka值大于或等于約Ι ΛΓ1，例如大于或等于IO8M4,那么就將該抗體定義為 特異性結合。本申請中的多肽“變體”是指基本上與天然多肽同源的多肽，但是其氨基酸序列因 為一處或多處缺失、插入或取代而不同于本發明任一核酸所編碼的多肽。變體可以包括保守取代序列，即一特定氨基酸殘基被一具有類似理化特性的殘基 所取代。保守取代的實例包括用一個脂肪族殘基取代另一個脂肪族殘基，例如，Ile、Val、 Leu或Ala之間相互取代，或者用一個極性殘基取代另一個極性殘基，例如在Lys和Arg; Glu和 Asp ；或Gln和 Asn之間相互取代。參見，Zubay，Biochemistry，Addison-Wesley Pub. Co.，(1983)。這類取代的效果可以用取代打分矩陣(substitution score matrices)來計 算，如 Altschul，(J. Mol.Biol. 219 :555_65，1991)中所述的 PAM-120、PAM_200 和 PAM-250。 其他這類保守取代，例如具有近似疏水特性的完整區域的取代，已為本領域熟知。天然生成的肽變體也在本發明范圍之內。這種變體的實例是本申請所述多肽由于 改變mRNA剪接事件或者蛋白水解切割得到的蛋白質。蛋白水解引起的變化包括，例如，在 不同類型宿主細胞中表達時，本發明序列編碼的多肽由于蛋白水解除去了一個或多個末端 氨基酸而導致N-或C-末端的差異。本發明倍半萜烯合成酶的變體可以用于實現酶促活性的增強或減弱，區域化學 (regiochemistry)或立體化學的變化，或者底物利用或者產物分配的改變。可以用本領域 已知的任一方法得到變體或實現定點誘變。如上所述，本發明提供了重組及非重組、分離且純化的多肽，例如從柑桔類植物。 天然多肽的變體及衍生物可以通過下列方法得到從其他或同一植物品系或品種中分離天 然生成的變體或變體的核苷酸序列，或者對編碼天然柑桔多肽的核苷酸序列的突變進行人 工設計。改變天然氨基酸序列可以用許多種常規方法中的任一種來完成。可以通過下述方 法將突變導入特定位置合成含有突變序列的寡核苷酸，與限制性酶切位點側接以能夠與天然序列的片段連接。連接后，得到的重構序列編碼含有預期的氨基酸插入、取代或缺失的 類似物。替代地，可以使用寡核苷酸-定點-特異性誘變方法提供一種經過改變的基因，其 中預定的密碼子因取代、缺失或插入而改變。在一個實施方案中，本發明涉及含有本發明所述核酸的載體。例如，含有至少一 種選自下列核酸的載體(a)含有基本上如SEQ ID N0:6、SEQ ID N0:7、SEQ ID N0:8、SEQ ID NO :9或SEQ ID NO : 10所示核苷酸序列的核酸；(b)編碼基本上如SEQ ID NO =USEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、SEQ ID NO 4或SEQ ID NO 5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度 嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸雜交的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成 酶。本發明使用的載體包括任一種重組載體，包括但不限于病毒載體、噬菌體及質粒。含有本發明所述核酸序列的重組載體可以用熟知的方法制備。在一個實施方案 中，所述表達載體中含有編碼多肽的cDNA序列，該cDNA序列可操作地連接有合適的轉錄或 翻譯調控核苷酸序列，例如源自哺乳動物、細菌、病毒或昆蟲基因的調控序列。調控序列的 實例包括轉錄啟動子、操縱子、或增強子，mRNA核糖體結合位點、以及調控轉錄及翻譯起始 和終止的合適序列。當調控序列與本發明的cDNA序列功能性相連時那么核苷酸序列就是 “可操作地連接”。因此，如果一啟動子核苷酸序列能夠調控cDNA序列的轉錄，那么該啟動 子序列就是可操作地連接于該cDNA序列。此外還可以向表達載體中引入在預期宿主細胞 中的復制能力和選擇基因，所述復制能力通常由復制起點賦予，選擇基因可以是轉化株得 以通過其鑒定的那些。此外，還可以向表達載體引入信號肽編碼序列，天然狀態下該信號肽與本發明多 肽并不相連。例如，可以將編碼信號肽(分泌前導肽)的DNA序列與本發明的核苷酸序列 融合在同一閱讀框內從而使得本發明的多肽最初翻譯為含有信號肽的融合蛋白。在預期宿 主細胞中發揮作用的信號肽可以增進所表達多肽的胞外分泌。可在分泌離開細胞時將信號 肽從多肽上切除。可以在本發明多肽的氨基及羧基端融合其他的肽序列，用以提高多肽的表達或者 促進蛋白質的純化。在一個實施方案中，本發明包括含有本發明所述核酸的宿主細胞。本發明的另一 實施方案是一種制備重組宿主細胞的方法，該方法包括將本發明載體導入宿主細胞。在另 一個實施方案中，提供了制備多肽的方法，該方法包括將本發明宿主細胞培養于能夠產生 多肽的條件下。一個實施方案中，對所述多肽進行回收。本發明所述方法包括制備至少一 種本發明所述倍半萜烯合成酶的方法，該方法包括培養含有本發明所述核酸的宿主細胞， 然后回收積聚的倍半萜烯合成酶。適于表達本發明多肽的宿主細胞包括原核細胞、酵母或高等真核細胞。適用于細 菌、真菌、酵母及哺乳動物細胞宿主的克隆和表達載體的描述參見，例如，Pouwels et al., Cloning Vectors :A Laboratory Manual, Elsevier, New York, (1985)。另夕卜還可以米用 無細胞翻譯系統，用源自本發明所述DNA構建體的RNA制備公開的多肽。原核細胞包括革蘭氏陰性或革蘭氏陽性生物體，例如，大腸桿菌或桿菌。適于轉化 的原核細胞包括，例如，大腸桿菌、枯草桿菌、鼠傷寒沙門氏菌和假單胞屬的其他菌種、鏈霉 菌、以及葡萄球菌。原核宿主細胞中，例如大腸桿菌中，所述多肽可以含有有助于重組多肽
10在原核細胞中表達的N-末端甲硫氨酸殘基。可以將N-末端甲硫氨酸殘基從表達的重組多 肽上切除。適用于原核宿主細胞的表達載體的實例包括從可商購的質粒如克隆載體pET質 粒(Novagen, Madison, WI, USA)或 pBR322 (ATCC37017)得到的載體。pBR322 中含有氨節 青霉素及四環素抗性基因，因而提供了鑒定轉化細胞的便捷方法。就使用PBR322構建表達 載體而言，可以將合適的啟動子和編碼一種或多種本發明所述多肽的DNA序列插入pBR322 載體。其他可商購的載體包括，例如，PKK223-3 (Pharmacia Fine Chemicals, Uppsala, Sweden)禾口 pGEM-1 (Promega Biotec，Madison，WI，USA)。其他可商購的載體包括為蛋白表 達專門設計的載體；這些載體包括用于與麥芽糖結合蛋白融合的蛋白質表達的pMAL-p2和 pMAL-c2 載體(New England Biolabs, Beverly, MA, USA)。重組原核宿主細胞表達載體常用的啟動子序列包括細菌噬菌體Τ7啟動子 (Studier F. W. and Moffatt B. Α.，J. Mol. Biol. 189 :113，1986)、β-內酰胺酶(青霉素 酶)、乳糖啟動子系統(Chang et al.，Nature 275 :615，1978 ；和 Goeddel et al.，Nature 281 :544，1979)、色氨酸(trp)啟動子系統(Goeddel et al.，Nucl. Acids Res. 8 :4057， 1980 ；禾口 EP-A-36776)、以及 tac 啟動子(Maniatis, MoLecular Cloning :A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, p. 412，1982)。一種特別有用的原核宿主細胞 表達系統使用λ噬菌體PL啟動子和cl857ts熱敏感抑制序列(thermolabile repressor sequence)。可從美國典型培養物保藏中心(“ATCC “)獲得的其中引入PL啟動子衍生物 的質粒載體，包括質粒PHUB2 (存在于大腸桿菌JMB9菌株(ATCC 37092))和pPLc28 (存在 于大腸桿菌RRl菌株(ATCC 53082))。另外還可以將本發明所述多肽表達于酵母宿主細胞、優選來自酵母屬(例如，釀 酒酵母)。其他酵母屬也可使用，例如畢赤酵母屬或克魯維酵母屬(例如，乳酸克魯維酵 母)。酵母載體通常含有來自2μ酵母質粒復制序列起點、自主復制序列(ARS)、啟動子區 域、聚腺苷酸化用序列、轉錄終止序列和可篩選標志基因。其中適于酵母載體的合適啟動子 包括，例如，金屬硫蛋白、3-磷酸甘油酸激酶(Hitzeman et al.，J. Biol. Chem. 255 =2073, 1980)的啟動子，或其它糖酵解酶的啟動子(Hess et al. , J. Adv. Enzyme Reg. 7 :149，1968 ； 和Holland et al.，Biochem. 17 :4900，1978)，例如烯醇化酶，甘油酸_3_磷酸脫氫酶、己 糖激酶、丙酮酸脫羧酶、果糖磷酸激酶、葡糖-6-磷酸異構酶、3-磷酸甘油酸變位酶、丙酮酸 激酶、丙糖磷酸異構酶、葡糖磷酸異構酶和葡糖激酶。其他適于酵母表達的載體和啟動子的 描述參見 Hitzeman，EPA-73，657 或 Fleer et. al.，Gene, 107 285-195 (1991)；和 van den Berg et. al.，Bio/Technology, 8 135-139 (1990) 另一種替代方案是葡萄糖-抑制 ADH2 啟動子，其描述見Russell et al. (J. Biol. Chem. 258 :2674，1982)和Beier et al. (Nature 300 :724，1982)。通過將來自pBR322中在大腸桿菌中負責篩選和復制的DNA (Ampr基因和復 制起始位點)插入上述酵母載體，可以構建出在大腸桿菌和酵母中均可復制的穿梭載體。本發明的一個實施方案是經過修飾以含有本發明所述核酸的非人生物體。可以通 過本領域已知的任一種基因轉移方法對所屬非人生物體和/或宿主細胞進行修飾，包括， 例如，使用遞送載體，如脂質及病毒載體、裸露DNA、電穿孔及微粒介導基因轉移。在一個實 施方案中，所述非人生物體是植物、昆蟲或微生物。例如，在一個實施方案中，本發明提供了一種制備至少一種倍半萜烯合成酶的方法，該方法包括將經修飾以含有至少一種核酸的宿主培養在利于所述至少一種倍半萜烯合 成酶產生的條件下，其中所述的至少一種核酸選自(a)含有基本上如SEQ ID N0:6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9或SEQ ID NO 10所示核苷酸序列的核酸；(b)編碼基本 上如 SEQ ID N0:1、SEQ ID NO :2、SEQ ID N0:3、SEQ ID NO :4 或 SEQ ID NO :5 所示多肽的 核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中核酸雜交的核酸，其中由所述核酸編 碼的多肽是倍半萜烯合成酶。在另一個實施方案中，所述宿主是一種植物(如煙草)、動物或微生物，還包括但 不限于菌體細胞、酵母細胞、植物細胞和動物細胞。在本申請中，植物細胞和動物細胞包括 用植物和動物作為宿主。例如，在本方明的一些實施方案中，表達是在經過基因修飾后的非 人生物體中進行。在一個實施方案中，使用哺乳動物或昆蟲宿主細胞培養系統表達本發明的重組多 肽。用于在昆蟲細胞中制備異源蛋白的桿狀病毒系統的綜述見Luckow and Summers,Bio/ Technology 6 :47 (1988)。另外還可以使用從哺乳動物來源建立的細胞系。合適的宿主細胞 系的實例包括 C0S-7 猴腎細胞系(ATCC CRL1651) (Gluzman et al. ,Cell 23 175，1981)，L 細胞、C127細胞、3T3細胞(ATCC CCL163)、中華倉鼠卵巢(CHO)細胞、HeLa細胞和BHK (ATCC CRL10)細胞系，以及源自非洲綠猴腎細胞系CVI (ATCC CCL70)的細胞系CV-1/EBNA-1 (ATCC CRL10478)，描述見 McMahan et al. (ΕΜΒ0 J. 10 :2821，1991)。為將DNA導入哺乳動物細胞而建立的方法現已公開(Kaufman，R. J.，Large Scale Mammalian Cell Culture，1990，pp. 15-69)。其他使用可商購的試劑例如 Lipofectamine (Gibco/BRL)或 Lipofectamine-Plus 的方法，也可用于轉染細胞(Feigner et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:7413-7417,1987)。此外，可以使用常規方法通 過電穿孔轉染哺乳動物細胞，例如Sambrook et al. Molecular Cloning :A Laboratory Manual, 2ed. Vol. 1-3,Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)中所描述的方法。可 以用細胞毒性物質抗性作為篩選方法篩選得到穩定的轉化體。Kaufman et al.，Meth. In Enzymology 185 =487-511,1990中描述了幾種篩選方案，例如二氫葉酸還原酶(DHFR)抗 性。適于DHFR篩選的宿主細胞株有CHO細胞株DX-Bl 1，該細胞株是DHFR缺陷型的(Urlaub and Chasin,Proc. Natl. Acad. Sci. USA77 :4216_4220，1980)。可以將能表達DHFR cDNA的質 粒導入細胞株DX-B11，這時只有那些含有該質粒的細胞才能在合適的篩選培養基中生長。哺乳動物細胞表達載體用的轉錄及翻譯調控序列可以從病毒基因組切取。常用的 啟動子序列和增強子序列源自多瘤病毒、腺病毒2、猴病毒40 (SV40)和人巨細胞病毒。源自 SV40病毒基因組的DNA序列，例如SV40起點、早期和晚期啟動子、增強子、剪接(位點)以 及聚腺苷酸化位點，可用于提供哺乳動物宿主細胞表達用的其他基因元件。病毒早期和晚 期啟動子特別有用，因為它們容易以片段形式從病毒基因組獲得，片段中還含有病毒復制 起點(Fiers et al. , Nature 273 :113,1978 ；Kaufman, Meth. in Enzymology, 1990)。現已有數種本領域已知的用于制備轉基因植物的方法。這些方法包括，但不限于 植物原生質體電穿孔、脂質體介導的轉化、聚乙二醇介導的轉化、植物細胞的微注射以及使 用病毒進行的轉化。在一個實施方案中，使用的是粒子轟擊定向基因轉移。粒子轟擊定向基因轉移為轉化植物組織提供了一個實例。該技術中，包被了 DNA 的粒子或微拋射體被射出穿越細胞的物理屏障。粒子轟擊可用于將DNA導入DNA包被粒子
12可穿透的任一靶組織，但是為了穩定轉化，必須使用可再生的細胞。通常，粒子由金或鎢制 成。可以使用CaCl2或乙醇沉淀的方法將DNA包被在粒子上，這些方法都是本領域已知的 常規方法。DNA包被粒子用粒子槍射出。合適的粒子槍可從Bio-Rad Laboratories (Hercules, CA)購買。粒子的穿透由改變參數來控制，例如爆裂強度、粒子大 小或者粒子到達靶組織必須行經的距離。包被粒子用的DNA包括適于驅動目的基因表達的表達框，其中含有與目的基因可 操作連接的啟動子。粒子轟擊定向基因轉移方法的描述參見Tomes等人的美國專利US5，990，387。在一個實施方案中，本發明的cDNA可用產生正義或反義RNA的方法表達。反義RNA 就是與基因編碼mRNA(正義RNA)反向互補的RNA。驅動反義RNA表達的載體是這樣一種 載體，cDNA以相對于啟動子而言“相反方向”放入其中從而使得非編碼鏈(而不是編碼鏈) 被轉錄。反義RNA的表達被用于下調該反義RNA互補mRNA編碼的蛋白質的表達量。產生 反義RNA的載體可用于制備轉基因植物，如上所述。在一個實施方案中，轉染后的DNA整合入非人生物體的染色體從而得到穩定的重 組系統。本領域已知的任一染色體整合方法都可用于實施本發明，包括但不限于，重組酶介 ^W^iitilS^ (recombinase-mediated cassette exchange) (RMCE)
色體插入、腺病毒以及原核注射。本發明的另一實施方案是制備萜類化合物和倍半萜烯化合物的方法，例如，使用 本發明所述核苷酸及多肽。實施例包括用于制備至少一種萜類化合物的方法，該方法包括 讓至少一種脂肪族焦磷酸酯萜烯前體與核酸編碼的至少一種多肽接觸，該核酸選自(a)含 有基本上如 SEQ ID NO :6、SEQ ID NO :7、SEQ ID NO :8、SEQ ID NO 9 或 SEQ ID NO 10 所 示核苷酸序列的核酸；(b)編碼基本上如SEQ ID NO :1、SEQ ID NO :2、SEQ ID NO :3、SEQ IDNO :4或SEQ ID NO :5所示多肽的核酸；以及(c)能夠在低度嚴謹條件下與(a)或(b)中 核酸雜交的核酸，其中由所述核酸編碼的多肽是倍半萜烯合成酶，然后將制備得到的至少 一種萜類化合物分離出來。另一實施例是制備至少一種萜類化合物的方法，該方法包括讓 至少一種脂肪族焦磷酸酯萜烯前體與至少一種基本如SEQID NO :1、SEQ ID NO :2、SEQ ID N0:3、SEQ ID NO :4或SEQID NO :5所示多肽接觸，然后將制備得到的至少一種萜類化合物 分離出來。本申請中使用的脂肪族焦磷酸酯萜烯前體是任意的脂肪族焦磷酸酯化合物，其是 用于制備至少一種萜烯的前體，包括但不限于，櫳牛兒基焦磷酸酯(GPP)，法呢基焦磷酸酯 (FPP)和櫳牛兒基櫳牛兒基焦磷酸酯(GGPP)。在一個實施方案中，所述的至少一種萜類化合物選自倍半萜烯。在一個實施方案 中，所述的脂肪族焦磷酸酯萜烯前體是法呢基焦磷酸酯。在另一個實施方案中，所述的至少 一種倍半萜烯選自二環吉馬烯((E，E)-3，7，11，11-四甲基-二環[8. 1. 0]十一 _2，6_ 二 烯)、蓽澄茄醇((1R，4S，5R，6R，7S，10R) -7-異丙基-4，10- 二甲基-三環[4. 4. 0.0(1,5)] 癸-4-醇，朱欒倍半萜((+) - (IR) -1，2，3，5，6，7，8，8A-八氫-7-異丙烯基- , 8Ai- 二甲基 萘)、α-蓽澄茄油烯、吉馬烯D和δ-杜松烯(rel-(lR，8AS)_l，2，3，5，6，8A-六氫-1-異 丙基-4，7-二甲基萘)(圖2)。本發明的萜類化合物可以用本領域使用的任一方法分離，包括但不限于層析、提取及蒸餾。在一個實施方案中，可以通過改變合成酶與脂肪族焦磷酸酯萜烯前體(例如法呢 基焦磷酸酯)接觸時的PH值來調整產物分配或形成的實際產物。在一個實施方案中，pH為 7。另一實施方案中，pH小于7，例如，6、5、4和3。另外，本發明還提供了一種生物體(例如，微生物或植物)，該生物體用于構建一 種平臺，用于以高水平生產倍半萜烯合成酶底物(例如，FPP)以及將本發明核酸導入該生 物體。例如，將至少一種編碼倍半萜烯合成酶的本發明所述核酸引入制備FPP的非人生物 體，從而完成FPP向倍半萜烯的轉化以及隨后的倍半萜烯的代謝產生。在一個實施方案中， 這樣就得到一種用于高水平生產倍半萜烯的平臺。在一個實施方案中，本發明所述核酸可用于制備編碼倍半萜烯合成酶的其他核 酸。例如，本發明提供了一種鑒定倍半萜烯合成酶的方法，該方法包括用本發明所述核 酸構建DNA文庫，從該文庫中篩選出編碼至少一種倍半萜烯合成酶的核酸。本發明所述核 酸的文庫可以用本領域已知的任一方法構建，其中用本發明核酸作為起始位點制備DNA序 列，包括但不限于DNA重構(DNA shuffling)。在該方法中，用功能試驗發現編碼倍半萜烯 合成酶的目標核酸從而從所述文庫中篩選倍半萜烯合成酶。倍半萜烯合成酶的活性可以用 例如本申請所述方法測定。在一個實施方案中，使用高通量篩選分析編碼多肽的活性。本申請中的“核苷酸探針”是指能夠通過形成一種或多種化學鍵、通過互補堿基配 對或者通過形成氫鍵，與互補序列的目標核酸結合的寡核苷酸或多核苷酸。如上所述，所述 寡核苷酸探針可以含有天然(即A，G，C或T)或者修飾堿基(7-脫氮鳥嘌呤、次黃嘌呤核苷 等)。此外，核苷酸探針中的堿基可以通過磷酸二酯鍵以外的鍵連接，只要其不妨礙雜交即 可。因此，寡核苷酸探針中可以含有通過磷酸二酯鍵以外的肽鍵連接的連續堿基。本申請中的“目標核酸”是指能夠與所述核苷酸探針或分子特異性雜交的核酸。可 以設計探針測定目標核酸的存在與否以及目標核酸的含量。目標核酸的序列與將相應探針 中導向目標的核酸序列互補。正如本領域技術人員理解的那樣，所述探針還可以含有與目 標不能特異性雜交的其他核酸或其他部分，例如標記物。術語目標核酸可以是探針指向的 較大核酸中的特定的核苷酸序列也可以是全序列(例如，基因或mRNA)。本領域技術人員可 以認識到各種條件下的所有用途。除操作實施例或者另有說明之外，所有表示組分含量、反應條件的數值以及說明 書和權利要求中使用的數值應理解為全部用“約”進行了限定。因此，除有相反說明外，說 明書和權利要求中的所有數值參數都是近似值，可以根據本發明期望獲得的理想特性來變 動。絕對無意限制等同原則在權利要求范圍上的應用，所以每一個數字參數都應該是根據 有效數字的數目和常規舍入法得到的。盡管表示本發明較寬范圍時使用的數值范圍和參數是近似值，但是特定實施例中 列出的數值卻是盡可能精確的。但是，任一數值中都必然含有因各自測量存在的標準差所 不可避免帶來的一定誤差。下列實施例是為了闡述本發明但決不對本發明的范圍構成限 制。百分比是根據重量計算出的。下列實施例是為了闡述本發明但決不對本發明的范圍構成限制。實施例材料
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用柚子(葡萄柚)皮作為本申請所述試驗的起始原材料。皮(果皮外部有顏 色的部分)內含有油腺，油腺是萜烯生物合成的部位。用新鮮采摘的成熟果實在Simone Gatto(Sicily)制得新鮮的柚子皮。將皮(3_4mm厚)剝離后，立即冷凍，而且在運輸過程和 隨后的所有步驟中都保持冷凍以防降解。實施例1 用RT-PCR分離倍半萜烯合成酶cDNA。將植物倍半萜烯合成酶的推導氨基酸序列進行比對，鑒定保守區并設計植物倍半 萜烯合成酶-特異性寡核苷酸。為了獲得較高的序列同源性，將序列分成兩組(圖4)。第 一組包括下列酶的序列源自蕃茄(Lycopersicon esculentum) cv. VFNT cherry (Colby et al，1998)的吉馬烯 C 合成酶、源自歐薄荷(Mentha χ piperita) (Crock et al，1997)的 (Ε)-β-金合歡烯合成酶、源自北美冷杉(Steele et al,1998)的δ-芹子烯合成酶、源自 香橙(GenBank登記號AF288465)的倍半萜烯合成酶、源自煙草(Facchini和Chappel 1， 1992)和辣椒(Back et al，1998)的5_表-馬兜鈴烯合成酶、源自馬鈴薯和Hyoscyamus muticus (Back and Chappel, 1995)的 vetispiradiene 合成酶。第二組包括下列酶的序列 源自亞洲棉(Chen et al. 1995)的(+)_ δ -杜松烯合成酶，源自黃花蒿的紫穗槐-4，11-二 烯合成酶(Mercke et al,2000)和表-雪松醇合成酶(Merck et al,1999)以及源自北美 冷杉(Steele et al,1998)的潷草烯合成酶。最高序列同源性發現于序列的中間部 分。選擇三個含有足夠保守氨基酸的區域，設計這些區域的特異性簡并寡核苷酸(即，從每 一比對組得到兩個正向和一個反向引物)(圖4)。用從Hot Borate技術制備柚子皮得到的總RNA以及正向和反向簡并引物的不 同組合，進行RT-PCR。提取總RNA用的Hot Borate方法是由Wan and Wilkins (Wan et al. (1994)Anal. Biochem. 223,7-12.)改進得到的。在液氮中將這些組織用研缽和杵研 磨成細粉。將得到的細粉加入5ml提取緩沖液(200mM硼酸鹽、30mM EGTA，IOmM DTT, 1% 305，1%脫氧膽酸鈉、2% ￥ ，0.5%乙基苯基聚乙二醇(NP40))80°C預熱。將上述混合物用 UltraturaxTM勻漿器均質化，然后用兩層MiraclothTM濾膜(Calbiochem)過濾。將混合 物在0. 5mg/ml蛋白酶K(用于蛋白質/核糖核酸酶消化)存在條件下42°C孵育90分鐘。 然后加入KCl至IM終濃度，置于冰上孵育1小時，將混合物置于4°C離心機中IOOOOg離心 10分鐘。回收上清，加入1/3體積的8M LiCl0將混合物4°C孵育過夜，然后4°C下IOOOOg 離心20分鐘。棄上清，用2M LiCl洗滌沉淀，用上述條件再次離心。然后，將沉淀重懸于無 RNase的蒸餾水，然后加入0. 15倍體積的2M乙酸鉀溶液和2. 5倍體積的無水乙醇。_20°C 下孵育2小時沉淀RNA，然后照前述條件離心。用80%乙醇洗滌RNA沉淀，然后重懸于無 RNase的蒸餾水。 RNA濃度由260nm處的OD值估測。用瓊脂糖凝膠通過查證核糖體RNA條帶的整齊 度測定RNA純度。 用 Qiagen OneStep RT-PCR 試劑盒禾口 Eppendorf Mastercycler 梯度熱循環儀 進行RT-PCR。常用反應混合物50 μ 1終體積中含有10 μ 15XQiagen OneStep RT-PCR緩 7中液、400μΜ 每一 dNTP、400nM 每一弓I 物、2μ 1 Qiagen OneStep RT-PCR Enzyme Mix、 1 μ 1 RNasin 核糖核酸酶抑制劑(Promega Co.)和1 μ g總RNA。熱循環儀條件為50°C、 30分鐘(反轉錄)；95°C、15分鐘(DNA聚合酶活化)；94°C、45秒，42_45°C、10秒(根據使 用引物而定)，72°C、45-90秒(根據待擴增DNA片段長度而定)共40個循環；然后72°C、
1510分鐘。用瓊脂糖凝膠測算PCR產物的大小。將出現在預期大小對應位置上的條帶從 凝膠上切割下來，用QIAquick 凝膠提取試劑盒(Qiagen)純化，然后用TOPO TA克隆試 劑盒(Invitrogen)克隆入pCR 2. 1-T0P0載體。然后對插入的cDNA進行DNA測序，將該序 列用 BLASTX算法(Altschul et all990)與 GenBank 非冗余蛋白質數據庫(non redundant protein database) (NCBI)進 亍比對。對預期長度(80_240bp大小)PCR產物進行DNA測序和Blast搜索表明有三種倍 半萜烯合成酶片段，命名為GFTpsA、GFtpsB和GFTpsC。180_bp的GFTpsA片段用引物TpsVF 1 和 TpsVR3 擴增，115-bp 的 GFtpsB 片段用 TpsVF2 和 TpsVR3 擴增，115-bp 的 GFTpsA 片段 用TpsVFl和TpsVR3擴增。推導的氨基酸序列表明這三種片段之間差異顯著(圖5)。實施例2:用5' /3' -RACE分離倍半萜烯合成酶cDNA為了分離倍半萜烯合成酶的全長序列，首先使用5' /3' -RACE方法，用 Marathon cDNA擴增試劑盒(Clontech)，從純化自Hot Borate技術制備總RNA的1 μ g mRNA起始。合成cDNA的質量較差，基本上都是很小的cDNA (平均大小為0. 5Kb)。但是，用 該cDNA，通過基因特異性引物得到了 GFTpsB和GFTpsC的3，末端，GFTpsB使用GFTpsBRFl 和GFTpsBRF2，GFTpsC使用GFTpsCRFl和GFTpsCRF2 (參見表1)。用硫氰酸胍/苯酚提取 方法制備的mRNA得到了較高質量的cDNA，平均大小為2Kb，從而可以用基因特異性引物 GFTpsCRRl和GFTpsRR2 (參見表1)分離GFTpsC的5'-末端序列，從而完成該克隆的全長 序列。GFTpsB的5'-末端和GFTpsA的5'-末端及3'-末端用該方法不能獲得。硫氰酸胍/苯酚提取法采用Chomczynski和Sacchi所述技術，使用ThermoHybaid 的 RNAClean 溶液(Chomczynski，P.，and Sacchi, N.，(1987)Anal.Biochem. 162， 156-159.)。簡而言之，在液氮中將2g冷凍組織用研缽和杵研磨成細粉。將得到的細粉轉 移到20mlRNAClean 溶液，將懸液用UltraturaxTM勻漿器均質化，然后用MiraclothTM濾 膜(Calbiochem)過濾。加入0. 1倍體積的氯仿后，將試管置于冰上，然后4°C下12000g離 心20分鐘。回收上層水相，加入1倍體積的異丙醇。-20°C孵育20分鐘后，將樣品在4°C下 12000g離心20分鐘。將得到的白色沉淀大塊用70%乙醇洗滌，室溫干燥。將這種含有總 RNA的沉淀立即用FastTrack 2. OmRNA分離試劑盒(Invitrogen)通過oligodT-纖維素 親和層析進行mRNA純化。按照廠商推薦方法進行，除下述改動外在將總RNA重懸于裂解 緩沖液后，將樣品由65°C改為100°C下加熱。cDNA3‘和 5'末端快速擴增(RACE)用 Marathon cDNA 擴增試劑盒(Clontech) 完成。該方法從合成第一鏈cDNA開始，用oligo (dT)引物從mRNA起始。第二鏈合成后，將 特異性銜接子連接于雙鏈cDNA(ds cDNA)末端。該方法提供了一種銜接子連接的ds cDNA 的非克隆文庫。用純化的柚子mRNA(lyg)作為起始材料。用瓊脂糖凝膠測算cDNA的質和量。使用Advantage 2聚合酶Mix，用基因特異性和銜接子特異性寡核苷酸的組合 擴增cDNA的3，-或5，-末端。常規RACE反應混合物50 μ 1終體積中含有5 μ llOXcDNAPCR 反應緩沖液(clontech)、200nM 每一 dNTP、1 μ 1 Advantage 2 聚合酶 Mix、200 μ M 銜接子 特異性引物(Clontech)、200 μ M基因特異性引物(參見表1)和5 μ 1經50-250倍稀釋后 的銜接子連接的cDNA。擴增在Eppendorf Mastercycler梯度熱循環儀中進行。熱循環儀
16條件為94°C、1分鐘；94°C、30秒，72°C、2-4分鐘，共5個循環；94°C、30秒，70°C、2-4分鐘， 共5個循環；94°C、30秒，68°C、2-4分鐘，共20個循環。必要時用巢式銜接子特異性引物 (Clontech)和巢式基因特異性引物進行第二輪擴增。按照上文RT-PCR產物使用的方法，對擴增產物進行評定、亞克隆及序列分析。表1:3' /5' -RACE試驗中使用的引物
名稱定義序列(從5’到3’端)GFTpsARFI (SEQ ID NO:33)3’-RACE正向引物CTGGGAGTGTCCTATGAGCT CAATTTGGGFTpsARF2 (SEQ ID NO-.34)GFTpsA 3'-RACE正向巢式？ |物GTAGAATTTTTGCATCCAMG TGOTGTGCGFTpsARRI (SEQ IO NO:35)GFTpsA 5'-RACE 反向引物CACACCACTTTGGATGCAAA AATTCATCGFTpsARR2 (SEQ ID NO:36)GFTpsA S'-RACE反向巢式引物CCAAATTGGGCTCATAGGAC ACTCCCAGGFTps8RF1 (SEQ ID NO:37)GFTpsB 3’-RACE 正向引物TAGGGACGTAT7TTGAACCA AAGTACGFTpsBRF2 (SEQ ID NO:38)GFTpsB 3’-RACE正向巢式引物AAATAATGACCAAAACAATTT ACACGGGFTpsBRRI (SEQ ID NO:39)GFTpsB 5’-F ACE 反向引物GCACTTTCATGTATTCTGGM GGFTpsBRR2 (SEQ ID N0:40)GFTpsB 5'-RACE反向巢式引物GTTTGAGCTCTTCAAAGAAA CCGFTpsCRFI (SEQ ID NO:41)GFTpsC 3’-RACE 正向引物AArGGGAGHJlAI 丨丨 IUAGC CTCGATACTCCGFTpsCRF2 (SEQ ID NO:42)GFTpsC 3'-RACE正向巢式引物GATATTTTCCAAAGTAATTGC AATGGCATCCGFTpsCRRI (SEQ ID NO:43)GFTpsC 5’-RACE反向引物 ΠUGΓΑΑΤΑΙCCCACC_I I IT GATAGCGFTpsCRR2 (SEQ ID NO:44)GFTpsC 5_-RACE反向巢式引物AAGTGTGCCATAGGCGTCGT AGGGFTpsDRRI (SEQ ID NO:45)GFTpsD 5’-RACE反向引物CTGTTCCGCAAGCTTAGGGG TTACATGGFTpsDRR2 (SEQ ID NO:46)GFTpsD 5'-RACE反向巢式引物CTGAGCTACCAATGACTTCA GGTGAGTGGGFTpsERRI (SEQ ID NO:47)GFTpsE 5’-RACE 反向引物CAATTTTGCCATACACATCAT AGATATCATCGFTpsERR2 (SEQ ID NO:48)GFTpsE 5'-RACE反向巢式引物AACAGAAGTCATGGAGATCA CTTTCGTCGFTpsERR3 (SEQ ID NO:49)GFTpsE 5’-RACE 反向引物CGCMGAGATGTTTTAAAGTT CCCATCCGFTpsERR4 (SEQ ID N0:50)GFTpsE δ'-RACE反向巢式？]物TGAACATCAGCGGAAATTTTA TAGCC 發現用3 ‘ -RACE得到的部分GFTpsB cDNA與公共數據庫(GeneBank登記號 AF288465)中的及分離自香橙的推定萜烯合成酶cDNA之間具有高度序列同一性。這種萜烯
17合成酶的特異性引物設計為根據香橙(C. jimos)萜烯合成酶非編碼區設計一個正向和反 向引物對(junosFl和junosRl)，根據含有起始和終止密碼子在內的編碼區設計一正向和 反向引物對(junosF2 和 junosR2)。用引物對 junosFl 和 junosRl 對柚子 Marathon cDNA 文庫進行PCR擴增沒有得到任何擴增子。用引物對jimoSF2和junoSR2擴增出了一 1. 6Kb 的片段。DNA測序證實該PCR產物是GFTpsB克隆的1669_bp全長倍半萜烯合成酶(圖6)。實施例3 cDNA文庫篩選和EST測序.為了得到PCR方法獲得的部分克隆的全長cDNA，構建了從柚子皮mRNA制備的 cDNA文庫。用Uni- ZAP XR文庫構建試劑盒(Stratagene)，按照廠商推薦方法，從7. 5 μ g 柚子皮mRNA(用硫氰酸胍/苯酚法制得)起始進行cDNA合成和文庫構建。文庫的初始滴 度為2xl07PFU(噬斑形成單位)，插入片段的平均長度為1. 1Kb。使用兩種方法從上述cDNA文庫分離編碼cDNA的倍半萜烯合成酶EST測序以及 用DNA探針篩選。就EST (已表達序列標志)測序而言，使用文庫的一部分，用Stratagene 的大量切除法(mass excision protocol)切除Uni-ZAP XR載體中的pBluescript噬菌粒。 隨機挑取得到的轉化菌落(576)，純化質粒。對于每一克隆都用T3引物進行一測序反應。 首先對序列進行編輯除去載體序列，然后用BLASTX算法(Altschul et all990)與GenBank 非冗余蛋白質數據庫(NCBI)進行比對。用地高辛(DIG)標記的DNA探針對文庫進行篩選。該探針是用PCR DIG(地高 辛)探針合成試劑盒(Roche Diagnostics)通過PCR擴增將DlG_dUTP摻入DNA片段而 合成的。從一等份文庫中擴增出149-bp的GFTpsA-來源DNA探針，使用的引物為正向 引物 GFTpsAproF(SEQ ID NO 51) (5 ‘ -ACGATTTAGGCTTCCCTAAAAAGG-3 ‘)和反向引物 GFTpsAproR(SEQ ID NO 52) (5' -TATTATGGAATATTATGCACACCAC-3‘)。從pET_GFTpsB2_2 質粒中擴增出1036-bp的GFTpsB-來源探針，使用的引物為正向引物junosF2 (SEQ ID NO: 53) (5' -AAATGTCCGCTCAAGTTCTAGCAA CGG-3 ‘)和反向引物 GFTpsBRR2 (SEQ ID NO 54) (5' -GTTTGAGCTCTTCAAAGAAACC-3 ‘)。從pET-GFTpsC質粒中擴增出 1008-bp 的 GFTpsC-來 源DNA探針，使用的是正向引物 GFTpsCpetFl (SEQ IDNO 55) (5 ‘ -ATGGCACTTCAAGATTCAGAA GTTCC-3‘)和反向引物GFTpsCRRl(SEQ ID NO 56) (5' -GTTGCTAATATCCCACCTTTTGATAGC-3')。探針在40°C下在Dig Easy Hyb雜交溶液(Roche Diagnostics)中雜交出噬斑 挑取物(plaques lifts)，噬斑挑取物制備自含有5，000-25，000PFU的平板。通過化學發 光檢測膜上的探針-目標雜合體，使用抗_地高辛-堿性磷酸酶(Roche Diagnostics)和 CDP-Star (Roche Diagnostics), M VersaDoc Imaging System(BioRad) 顯色。從瓊脂糖平板上挖髓取出陽性信號的噬菌體，進行第二輪篩選，如果必要在進行 第三輪篩選，直至獲得單一噬斑陽性信號。體內切割陽性分離物，按照上述方法對插入片段 測序。用從GFTpsA、GFTpsB和GFTpsC制備的DNA探針對文庫進行篩選。該方法生產出三 種不同倍半萜烯合成酶cDNA。其中兩種此前已有克隆一種克隆名為GF2-30-1，是GFTpsC cDNA的5’-末端300-bp截短形式；第二種名為9_13_6，是GFtpsA的部分克隆，與其他倍半萜烯合成酶相比5’ -末端截短了大約168-bp。與上述通過RT-PCR得到的部分GFTpsA克 隆相比，9-13-6克隆提供了 618-bp 5’ -末端附加序列的信息。在其3’ -末端，9-13-6克 隆也是不完整的。大約丟失了 680個核苷酸，取而代之的是一功能未知的600-bp片段。篩 選獲得的第三種編碼cDNA的倍半萜烯合成酶，GF2-5-11，其編碼出一種新的名為GFTpsD的 倍半萜烯合成酶。該克隆5’ -末端截短，但是用表1中的引物通過5' -RACE回收到了所 丟失的414-bp。然后，從Marathon cDNA文庫擴增出全長GFTpsD，并將其克隆入上述細菌 表達載體。幾種全長GFTpsDcDNA的DNA序列分析發現有兩種倍半萜烯合成酶密切相關， 只有極小的序列差異，將其命名為GFTpsDl和GFTpsD2 (圖6)。這兩種變體的推導氨基酸序 列彼此間相差4個堿基。就EST測序方法而言，對576個克隆進行了測序。其中只有3個克隆編碼推定萜 烯合成酶-樣蛋白，更確切地說，是兩種不同的倍半萜烯合成酶_樣蛋白和一種單萜合成 酶-樣蛋白。兩個倍半萜烯合成酶-樣克隆中的一個(克隆GF002-G3)此前被鑒定為克隆 GFTpsDl。第二個克隆(克隆GF006-G7)是一種截短的cDNA，其編碼一種新的名為GFTpsE 的倍半萜烯合成酶。該克隆在5’ -末端也是截短的(大約800bp)，但是該丟失的片段可 以按照下述兩個步驟通過5' -RACE擴增得到。第一個5' -RACE使用引物GFTpsERRl和 GFTpsERR2(參見表1)提供了 500個附加的5，-末端核苷酸，第二個5' RACE使用引物 GFTpsERR3和GFTpsERR4 (參見表1)提供了丟失的5，-末端DNA序列，重構得到了全長 GFTpsE cDNA(圖 6)。實施例4 質粒構建和酶表達表達質粒的構建將cDNA亞克隆入pETlla表達質粒(Novagen)，進行倍半萜烯合成酶的功能表達。 就GFTpsB，GFtpsD和GFTpsE而言，通過PCR擴增全長cDNA，以向5，-末端導入其中含有 起始密碼子的Ndel位點，在3，-末端緊接終止密碼子之后導入BamHl位點。就GFTpsB 而言，使用正向引物 GFTpsBNdel (SEQ ID NO 57)5' -GCATGTTC CATATG TCCGCTCAAGT TCTAGCAACGGTTTCC-3 ‘ (Ndel位點用斜體表示，起始密碼子用下劃線標出)和反向引物 GFTpsBBam (SEQ ID NO 58)5' -CGCGGA 7Υ7ΓTCAGATGGTAACAGGGTCTCTGAGCACTGC-3 ’ (Ba m Hl位點用斜體表示，起始密碼子用下劃線標出)。同樣，正向引物GFTpsDNdel (SEQ ID NO 59) 5 ‘ -GCATGTTC CATATG TCGTCTGGAGAAACATTTCGTCC-3 ‘和反向引物 GFTpsDBam(SEQ ID NO 60)5' -CGC GGATCC TCAAAATGGAACGTGGTCTCCTAG-3 ‘用于 GFTpsD ；以及正向引 物GFTpsENdel (SEQ ID NO 61)5' -GCATGTTCCATATG TCTTTGGAAGTTTCAGCCTCTCCTG-3‘ 和反向引物 GFTpsEBam (SEQ ID NO 62)5' -CGC GGATCC TCATATCGGCACAGGATTAATAAACA AAGAAGC-3 ‘用于 GFTpsE。擴增反應是使用Pfu DNA聚合酶(Promega)在含下列物質的50 μ 1終體積中進行 的5μ1 Pfu DNA聚合酶IOX緩沖液、每一種dNTP各200 μ Μ、正向和反向引物各0.4 μ Μ、 2. 9單位Pfu DNA聚合酶以及5 μ 1經100倍稀釋的cDNA (按照上述方法用Marathon cDNA 擴增試劑盒(Clontech)制備)。熱循環條件為95°C、2分鐘；95°C、30秒，55°C、30秒，72°C、 4分鐘，共25個循環 ’然后72°C、10分鐘。PCR產物在瓊脂糖凝膠上純化，用QIAquick 凝膠提取試劑盒(Qiagen)洗脫，接著用Ndel和BamHl消化，然后將其連接入經同樣消化后 的pETlla質粒。
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就GFTpsC-pETlla表達載體的構建而言，分別進行兩次PCR擴增，使插入片段 與Ndel和BamHI粘性末端側接。第一次PCR在同上所述條件下進行，使用正向引物 GFTpsCpETFl (SEQ ID NO 63)5 ‘ -TAATGGCACTTCAAGATTCAGAAGTTCCTC-3 ‘和反向引物 GFTpsCpETRl (SEQ ID NO 64)5' -AAAAGGGAACAGGCTTCTCAAGCAATG-3 ‘，第二次 PCR 使用正 向引物 GFTpsCpETF2 (與 GFTpsCpETFl 相比 5，-末端少了 AT) (SEQ ID NO 65)5' -ATGGCA CTTCAAGATTCAGAAGTTCCTC-3‘和反向引物 GFTpsCpETR2 (與 GFTpsCpETRl 相比 5，-末端多 出了 GATC)(SEQ ID NO 66)5' -GATCAAMGGGAACAGGCTTCTCAAGCAATG-3 ‘。將兩次 PCR 產 物用上述方法純化后合并，通過下述操作變性煮沸5分鐘然后冰上冷卻5分鐘。將得到的 cDNA直接連接入pETlla質粒。起初將連接產物轉化入JM109大腸桿菌細胞，通過限制性酶切消化和DNA測序驗 證構建體。倍半萜烯合成酶表達就蛋白表達而言，將含倍半萜烯合成酶cDNA的pETlla質粒和pETlla空質粒轉化 入BL21(DE3)大腸桿菌細胞(Novagen)。將得到的單菌落接種5ml LB培養基。37°C孵育 5-6小時后，將培養物轉移到20°C孵箱，放置1小時平衡。加入0.5mM IPTG誘導蛋白質的 表達，然后將培養物在20°C孵育過夜。第二天，離心收集細胞，重懸于0. 5ml提取緩沖液(50mMM0PS0 pH7,5mM EDTA, 5mM EDTA，10%甘油)，然后超聲處理3次，每次30秒。18，OOOg離心30分鐘沉淀細胞碎片，回 收含可溶蛋白的上清液。通過下述操作對倍半萜烯合成酶的表達進行評估將蛋白提取物 用SDS-PAGE (SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳)分離，然后用考馬氏亮藍染色，然后與用空質粒轉 化細胞得到的蛋白提取物進行比較。所有構建體都觀察到了一具有預期計算分子量的明顯條帶，但是用空質粒轉化的 大腸桿菌得到的可溶性蛋白中沒有出現該條帶。實施例4酶功能測定酶促試驗在密封的玻璃試管中進行，使用終體積中含50-100 μ 1蛋白提取物的提 取緩沖液，該提取緩沖液補加了 15mM MgC12和100-250 μ M FPP (Sigma)。培養基上層用Iml 戊烷覆蓋，試管置于30°C孵育過夜。回收含有倍半萜烯的戊烷相，用第二體積的戊烷提取培 養基。將合并后的戊烷級分在氮中濃縮，用Hewlett-Packard6890Series GC系統的氣相色 譜分析，使用內徑0. 25mm長30m的SPB-I (Supelco)毛細管層析柱。載氣為恒定流速1. 6ml/ min的He氣。注射按2 1的比例分開進行，注射器溫度設定為200°C，烤箱(oven)程序 設定為從80°C (保持0分鐘)開始以7. 5°C /分鐘的速率升至200°C (保持0分鐘)，接 著以20°C/分鐘的速率升至280°C (保持2分鐘)。檢測使用火焰離子化檢測器。在權威 標準能夠獲得的情況下，化合物識別是根據與權威標準具有相同保留時間進行的。為了證 實產物身份(identities)，使用HeWlett-Packard6890GC-四極質譜檢測器，用安裝有內徑 0. 25mm 長 30m 的 SPB-I(Supelco)毛細層析柱的組合毛細(combined capillary)GC-MS 對 樣本進行分析。烤箱程序設定為從80°C (保持0分鐘)以7.5°C速率升至200°C，He氣流 的恒定流速為1. 5ml/min。用2200V電壓的電子倍增器記錄70eV時的光譜。用該試驗測定不同重組酶的酶活性，使用可溶性蛋白級分，以法呢基-二磷酸酯 作為底物。從所測的所有克隆獲得倍半萜烯合成酶活性，生成的產物用保留時間以及氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)(圖7)來定性。GFTpsB cDNA編碼出的倍半萜烯合成酶，產 生主產物二環_吉馬烯(圖3)和至少15種次要的倍半萜烯鏈烯烴或氧化的倍半萜烯例如 δ -杜松烯(圖3)(由二環-吉馬烯熱重排得到的二環_欖香烯(圖3)，也出現在了 GC圖 中)。GFTpsC cDNA編碼出一種生成多產物的倍半萜烯合成酶，主產物鑒定為蓽澄茄醇(圖 3)。該酶還生產出了占相當大比例的3種其他倍半萜烯_蓽澄茄油烯和2種氧化 后的倍半萜烯，以及少量的至少11種倍半萜烯鏈烯烴或氧化后的倍半萜烯。GFtpsD編碼出 的倍半萜烯合成酶，可以生產出主產物朱欒倍半萜。10個其他的小峰也被鑒定為倍半萜烯 鏈烯烴或醇。其中，欖香烯是吉馬烯A的熱降解產物。GFTpsE編碼出的倍半萜烯合成 酶，生產出的是倍半萜烯化合物與S-杜松烯(圖3)的復合混合物，其中δ-杜松烯以微 弱優勢成為含量最豐富的組分。另外，從GFTpsE生成的產物中還鑒定出了蓽澄茄醇和吉馬 烯D (圖3)。 上述試驗中，分離的倍半萜烯合成酶表現出生成多產物的特性。例如，蓽澄茄醇合 成酶和δ-杜松烯可以生成占相對較大比例的3或5種產物。二環吉馬烯合成酶產生了主 產物倍半萜烯和幾種微量的次產物。
權利要求
一種核酸，其編碼由氨基酸序列SEQ ID NO4或SEQ IDNO5構成并具有朱欒倍半萜合成酶活性的多肽。
2.權利要求1所述的核酸，其包含核苷酸序列SEQID NO 9或SEQ ID NO=IO0
3.權利要求1所述的核酸，其由核苷酸序列SEQID NO 9或SEQ ID NO 10構成。
4.由氨基酸序列SEQID NO :4或SEQ ID NO :5構成并具有朱欒倍半萜合成酶活性的 多肽。
5.一種含有核酸的載體，該核酸編碼由氨基酸序列SEQ IDNO 4或SEQ ID NO 5構成 并具有朱欒倍半萜合成酶活性的多肽。
6.權利要求5所述的載體，其中該核酸包含核苷酸序列SEQIDNO :9或SEQ ID NO=IO0
7.權利要求5所述的載體，其中該核酸由核苷酸序列SEQIDNO :9或SEQ ID N0:10構成。
8.權利要求5所述的載體，該載體含有與cDNA可操作地連接的合適的轉錄或翻譯調控 核苷酸序列，所述cDNA編碼由氨基酸序列SEQ ID NO :4或SEQ ID NO :5構成的多肽。
9.權利要求8所述的載體，其中所述轉錄或翻譯調控核苷酸序列源自哺乳動物、細菌、 病毒或昆蟲基因。
10.權利要求8所述的載體，其中所述轉錄或翻譯調控核苷酸序列是從由轉錄啟動子、 操縱子或增強子和mRNA核糖結合位點構成的群組中選出的。
11.權利要求5所述的載體，該載體還含有合適的信號肽，天然狀態下該信號肽不與由 氨基酸序列SEQ ID NO :4或SEQ IDNO 5構成的多肽連接。
12.權利要求5所述的載體，該載體的形式為病毒載體、噬菌體或質粒。
全文摘要
本發明涉及倍半萜烯合成酶及其制備和使用方法。一個實施方案中，本發明提供了含有文中所述核苷酸序列的核酸，該核苷酸序列編碼至少一種倍半萜烯合成酶。另一實施方案中，本發明還提供了倍半萜烯合成酶及其制備和使用方法。例如，本發明的倍半萜烯合成酶可用于將法呢基焦磷酸酯轉化為各種氧化的和脂肪族倍半萜烯，包括朱欒倍半萜、二環-吉馬烯、蓽澄茄醇和δ-杜松烯。
文檔編號C12N15/00GK101914559SQ201010239230
公開日2010年12月15日 申請日期2003年10月2日 優先權日2002年10月4日
發明者安東尼·克拉克, 米歇爾·沙爾克 申請人:弗門尼舍有限公司