本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種植保素糖基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應(yīng)用。
背景技術(shù):
植物通過(guò)次生代謝產(chǎn)生大量非生長(zhǎng)發(fā)育所必需的小分子有機(jī)化合物,種類繁多,化學(xué)結(jié)構(gòu)迥異?,F(xiàn)在已知大約有10萬(wàn)種次生代謝物,包括糖苷、萜類、酚類、黃酮類、香豆素、木脂素、生物堿、甾類、皂苷、多炔類、有機(jī)酸等,許多次生代謝產(chǎn)物都具有重要的藥理活性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。次生代謝產(chǎn)物是在結(jié)構(gòu)的基本骨架形成之后,再經(jīng)過(guò)羥基化、甲基化、?;蛘呓Y(jié)合小分子等修飾,最終生成各種終產(chǎn)物。糖基化即是一種廣泛存在的化合物修飾方式,也是生物體內(nèi)重要的轉(zhuǎn)化反應(yīng)——許多代謝產(chǎn)物合成的最后一步,也是非常重要的一步,往往都發(fā)生糖基化反應(yīng)。催化糖基化反應(yīng)的酶即為糖基轉(zhuǎn)移酶,其催化形成的糖苷類化合物結(jié)構(gòu)類型多樣,并具有多種生物活性,是藥物先導(dǎo)的重要來(lái)源。
在植物的次生代謝中,有多種類型的糖基轉(zhuǎn)移酶參與其中,目前研究較多的糖基轉(zhuǎn)移酶有植物激素類糖基轉(zhuǎn)移酶、黃酮類糖基轉(zhuǎn)移酶以及萜類糖基轉(zhuǎn)移酶等,而植保素類的糖基轉(zhuǎn)移酶尚未有報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種來(lái)源于歐洲花楸的植保素糖基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應(yīng)用。
本發(fā)明首先要求保護(hù)如下(a)或(b)或(c)所示蛋白質(zhì):
(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì);
(b)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加,且來(lái)源于歐洲花楸并且具有植保素糖基轉(zhuǎn)移酶活性的由序列1衍生的蛋白質(zhì);
(c)與(a)或(b)所限定的氨基酸序列具有99%以上、95%以上、90%以上、85%以上或者80%以上同源性,且來(lái)源于歐洲花楸并且具有植保素糖基轉(zhuǎn)移酶活性的蛋白質(zhì)。
為了便于所述蛋白質(zhì)的純化,可在所述蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如下表所示的標(biāo)簽。
表:標(biāo)簽的序列
編碼所述蛋白質(zhì)的核酸分子也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述核酸分子可以是dna,如cdna、基因組dna或重組dna;所述核酸分子也可以是rna,如mrna、hnrna或trna等。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述核酸分子具體為編碼所述蛋白質(zhì)的基因,所述基因具體可為如下任一所示的dna分子:
1)序列表中序列2所示的dna分子;
2)在嚴(yán)格條件下與1)限定的dna分子雜交且編碼所述蛋白質(zhì)的dna分子;
3)與1)或2)限定的dna序列具有99%以上、95%以上、90%以上、85%以上或者80%以上同源性,且編碼所述蛋白質(zhì)的dna分子。
上述嚴(yán)格條件可為用6×ssc,0.5%sds的溶液,在65℃下雜交,然后用2×ssc,0.1%sds和1×ssc,0.1%sds各洗膜一次。
含上述核酸分子的重組載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述重組載體可為重組表達(dá)載體,也可為重組克隆載體。
所述重組表達(dá)載體可用現(xiàn)有的表達(dá)載體構(gòu)建。所述表達(dá)載體還可包含外源基因的3’端非翻譯區(qū)域,即包含聚腺苷酸信號(hào)和任何其它參與mrna加工或基因表達(dá)的dna片段。所述聚腺苷酸信號(hào)可引導(dǎo)聚腺苷酸加入到mrna前體的3’端。使用所述基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí),在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前可加上任何一種增強(qiáng)型、組成型、組織特異型或誘導(dǎo)型啟動(dòng)子,它們可單獨(dú)使用或與其它的啟動(dòng)子結(jié)合使用;此外,使用本發(fā)明的基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí),還可使用增強(qiáng)子,包括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子,這些增強(qiáng)子區(qū)域可以是atg起始密碼子或鄰接區(qū)域起始密碼子等,但必需與編碼序列的閱讀框相同,以保證整個(gè)序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號(hào)和起始密碼子的來(lái)源是廣泛的,可以是天然的,也可以是合成的。翻譯起始區(qū)域可以來(lái)自轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述重組載體為在pet-28a(+)載體的多克隆位點(diǎn)(如bamhi和noti)間插入所述基因得到的重組質(zhì)粒。
所述表達(dá)盒由能夠啟動(dòng)所述基因表達(dá)的啟動(dòng)子,所述基因,以及轉(zhuǎn)錄終止序列組成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,所述重組菌為含有所述重組載體的大腸桿菌;所述大腸桿菌具體如transetta(de3)。
所述蛋白質(zhì)在作為糖基轉(zhuǎn)移酶中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述蛋白質(zhì)或所述核酸分子或所述重組載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌在制備具有糖基轉(zhuǎn)移酶活性的產(chǎn)品中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
在上述兩種應(yīng)用中,具體可以植保素作為糖基化的受體底物;更加具體的,所述植保素為聯(lián)苯植保素。
在本發(fā)明中,所述聯(lián)苯植保素具體為如下式i、式ii或式iii所示化合物:
進(jìn)一步,所述蛋白質(zhì)作為糖基轉(zhuǎn)移酶催化式i所示化合物生成式i’所示糖基化產(chǎn)物;所述蛋白質(zhì)作為糖基轉(zhuǎn)移酶催化式ii所示化合物生成式ii’所示糖基化產(chǎn)物;所述蛋白質(zhì)作為糖基轉(zhuǎn)移酶催化式iii所示化合物生成式iii’所示糖基化產(chǎn)物。
其次,本發(fā)明還要求保護(hù)如下(a)或(b)或(c)所示的方法。
(a)制備前文式i’所示糖基化產(chǎn)物的方法,包括如下步驟:以所述蛋白質(zhì)為糖基轉(zhuǎn)移酶,以前文式i所示化合物為糖基化的受體底物,以u(píng)dp-葡萄糖作為糖基供體,進(jìn)行酶促反應(yīng)。
(b)制備前文中式ii’所示糖基化產(chǎn)物的方法,包括如下步驟:以所述蛋白質(zhì)為糖基轉(zhuǎn)移酶,以前文式ii所示化合物為糖基化的受體底物,以u(píng)dp-葡萄糖作為糖基供體,進(jìn)行酶促反應(yīng)。
(c)制備前文式iii’所示糖基化產(chǎn)物的方法,包括如下步驟:以所述蛋白質(zhì)為糖基轉(zhuǎn)移酶,以前文式iii所示化合物為糖基化的受體底物,以u(píng)dp-葡萄糖作為糖基供體,進(jìn)行酶促反應(yīng)。
進(jìn)一步,所述方法中,所述受體底物和所述供體的摩爾比可為1:2;作為糖基轉(zhuǎn)移酶的所述蛋白質(zhì)足量。
在所述方法中,進(jìn)行所述酶促反應(yīng)的溫度為30℃;反應(yīng)時(shí)間為16h。
實(shí)驗(yàn)證明,本發(fā)明所提供的來(lái)源于歐洲花楸的序列1所示的蛋白質(zhì)具有植保素糖基轉(zhuǎn)移酶活性,能夠?qū)⑹絠、式ii和式iii所示的三種聯(lián)苯植保素的不同位置的羥基糖基化,進(jìn)而可獲取多樣化的糖苷類化合物。本發(fā)明提供了一種合成聯(lián)苯苷類植保素的方法,對(duì)于蘋果亞科植物的抗病害研究以及抗性品種的選育具有重要意義。
附圖說(shuō)明
圖1為以化合物1和udp-葡萄糖分別作為糖基受體和糖基供體時(shí),saugt7催化糖基化反應(yīng)產(chǎn)物的uplc-uv檢測(cè)圖譜。
圖2為以化合物2和udp-葡萄糖分別作為糖基受體和糖基供體時(shí),saugt7催化糖基化反應(yīng)產(chǎn)物的uplc-uv檢測(cè)圖譜。
圖3為以化合物3和udp-葡萄糖分別作為糖基受體和糖基供體時(shí),saugt7催化糖基化反應(yīng)產(chǎn)物的uplc-uv檢測(cè)圖譜。
圖4為uplc-uv/esi-ms檢測(cè)重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化化合物1進(jìn)行糖基化反應(yīng)。(a)saugt7催化化合物1糖基化反應(yīng),化合物1和產(chǎn)物1a、1b的uplc譜圖與化合物1uv吸收譜圖;(b)產(chǎn)物1a的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z407.1289[m-h]-;(c)產(chǎn)物1b的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z407.1288[m-h]-。
圖5為uplc-uv/esi-ms檢測(cè)重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化化合物2進(jìn)行糖基化反應(yīng)。(a)saugt7催化化合物2糖基化反應(yīng),化合物2和產(chǎn)物2a、2b的uplc譜圖與化合物2uv吸收譜圖;(b)產(chǎn)物2a的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z453.1360[m+hcoo]-;(c)產(chǎn)物2b的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z453.1357[m+hcoo]-。
圖6為uplc-uv/esi-ms檢測(cè)重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化化合物3進(jìn)行糖基化反應(yīng)。(a)saugt7催化化合物3糖基化反應(yīng),化合物3和產(chǎn)物3a和3b的uplc譜圖與(3)uv吸收譜圖;(b)產(chǎn)物3a的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z377.1170[m-h]-;(c)產(chǎn)物3b的uv吸收譜圖以及在負(fù)離子模式下ms譜圖,其分子離子峰為m/z377.1169[m-h]-。
圖7為重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化底物結(jié)構(gòu)以及對(duì)應(yīng)產(chǎn)物的糖基化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明,均為常規(guī)方法。
下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等,如無(wú)特殊說(shuō)明,均可從商業(yè)途徑得到。
歐洲花楸懸浮細(xì)胞:記載于“黃蕾,肖文娟,楊光等.酵母提取物誘導(dǎo)歐洲花楸懸浮細(xì)胞合成次生代謝產(chǎn)物的機(jī)制探究.中國(guó)中藥雜志,2014,39(11):2019-2023”一文,公眾可從申請(qǐng)人處獲得,僅可用于重復(fù)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)使用。
實(shí)施例1、歐洲花楸植保素糖基轉(zhuǎn)移酶基因的克隆
從歐洲花楸懸浮細(xì)胞中提取總rna,并反轉(zhuǎn)錄得到cdna。以所得cdna為模板,采用引物1和引物2進(jìn)行pcr反應(yīng)。
引物1:5’-gagggatccatgaagagaccagtacaact-3’;
引物2:5’-gaggcggccgcttaaatttgattaataaaac-3’。
pcr反應(yīng)體系如下:kod-plus-neo2μl;2mmdntps10μl;25mmmgso46μl;10×pcrbufferforkod-plus-neo10μl;引物1和引物2各3μl;cdna模板2μl;ddh2o補(bǔ)足至100μl。
pcr反應(yīng)條件:94℃10min;94℃30s,55℃30s,72℃1min,35個(gè)循環(huán);72℃10min;4℃維持。
pcr結(jié)束后對(duì)所得pcr產(chǎn)物進(jìn)行1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)及測(cè)序。測(cè)序結(jié)果顯示,pcr產(chǎn)物的序列為“5’-gagggatcc+序列2+gcggccgcctc”。將序列2所示基因命名為saugt7。序列2編碼序列表中序列1所示的蛋白質(zhì),該蛋白質(zhì)命名為saugt7。
實(shí)施例2、歐洲花楸植保素糖基轉(zhuǎn)移酶的外源表達(dá)
1、重組表達(dá)載體的構(gòu)建
將實(shí)施例1的pcr產(chǎn)物“5’-gagggatcc+序列2+gcggccgcctc”純化回收后,用限制性內(nèi)切酶bamhi和noti進(jìn)行雙酶切,酶切產(chǎn)物回收后與經(jīng)過(guò)同樣雙酶切的pet-28a(+)質(zhì)粒的骨架大片段相連,得到重組質(zhì)粒。
將經(jīng)測(cè)序表明,在pet-28a(+)質(zhì)粒的酶切位點(diǎn)bamhi和noti之間插入序列2所示dna片段后的重組質(zhì)粒命名為pet-28a-ugt7。
2、表達(dá)宿主系統(tǒng)構(gòu)建
將步驟1構(gòu)建好的重組表達(dá)載體pet-28a-ugt7轉(zhuǎn)化到大腸桿菌transetta(de3)感受態(tài)細(xì)胞,挑選陽(yáng)性克隆進(jìn)行pcr驗(yàn)證后,送測(cè)序驗(yàn)證表達(dá)系統(tǒng)的正確性。
3、誘導(dǎo)表達(dá)及目的蛋白saugt7的提取
(a)吸取步驟2經(jīng)測(cè)序驗(yàn)證正確的表達(dá)菌株轉(zhuǎn)到含50mg/lkan的200mllb液體培養(yǎng)基中,37℃振蕩培養(yǎng)至od600到0.6-1.0;
(b)加入適量iptg誘導(dǎo)劑(終濃度約為0.4mm),30℃,200rpm誘導(dǎo)培養(yǎng)5h;
(c)200ml菌液,4℃,5000g離心10min,棄菌液,收集菌體;
(d)用預(yù)冷的純水清洗菌液2次,4℃,5000g離心10min,棄菌液,收集菌體;
(e)用預(yù)冷的緩沖液a【配方:tris-hcl(ph7.4,1m)2.5ml;edta(0.5m)100μl;甘油(50%v/v)10μl;pmsf(100mm)500μl;ddh2o36.9ml】重懸(8ml),用槍頭吸打使菌體溶解;
(f)用超聲波細(xì)胞破碎機(jī)超聲破碎(30%功率,超聲5s,間隔5s,持續(xù)5min);
(g)4℃,13000rpm離心15min;
(h)取上清分裝(200μl/管)放置-80℃冰箱備用。
實(shí)驗(yàn)同時(shí)設(shè)置了以pet-28a(+)質(zhì)粒替代pet-28a-ugt5的對(duì)照,得到空載對(duì)照上清。
實(shí)施例3、歐洲花楸植保素糖基轉(zhuǎn)移酶的活性驗(yàn)證
一、實(shí)驗(yàn)方法
1、外源表達(dá)糖基轉(zhuǎn)移酶催化活性的篩選
在糖基轉(zhuǎn)移酶活性初步篩選中,以saugt7的粗酶液進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)。分別以rhaphiolepsin(化合物1,如式i所示)、2'-hydroxyaucuparin(化合物2,如式ii所示)和noraucuparin(化合物3,如式iii所示)這三種聯(lián)苯植保素為糖基化的受體底物,以u(píng)dp-葡萄糖作為供體進(jìn)行酶促反應(yīng)。
糖基轉(zhuǎn)移酶活性篩選反應(yīng)體系為:saugt7粗酶液(即實(shí)施例2步驟3(h)中的上清)194μl;udp-葡萄糖(40mm)4μl;受體底物(40mm)2μl。
實(shí)驗(yàn)同時(shí)以實(shí)施例2制備的空載對(duì)照上清作為對(duì)照。
糖基轉(zhuǎn)移酶活性篩選反應(yīng)條件為:在30℃條件下,反應(yīng)16h,加入400μl甲醇終止反應(yīng),振搖混勻,1,4000g離心20min,取上清過(guò)0.22μm濾膜,待測(cè)。
2、酶促產(chǎn)物uplc檢測(cè)
色譜條件:色譜柱為watersacquityuplcbehc18超高效液相柱(waterscorporation,milford,ma,usa,2.1×100mm,1.7μm),柱溫35℃。流動(dòng)相為0.1%甲酸-水溶液(a)-0.1%甲酸-乙腈(b)(%表示體積百分含量),梯度洗脫程序?yàn)?0-4)min,10%-40%b;(4.0-5.0)min,40%-52%b;(5.0-8.0)min,52%-72%b;(8.0-8.2)min,72%-95%b(%表示體積百分含量)。流速0.5ml/min。進(jìn)樣量:1μl。
3、saugt7催化糖基化放大反應(yīng)以及產(chǎn)物的制備與分離
將saugt7的粗酶液進(jìn)行放大酶促反應(yīng)并制備糖基化產(chǎn)物。反應(yīng)體系為30ml,包括saugt7粗酶液(即實(shí)施例2步驟3(h)中的上清),udp-葡萄糖(40mm)0.5ml,受體底物(80mm)0.125ml,在30℃水浴鍋中反應(yīng)過(guò)夜,用2倍體積乙酸乙酯萃取5次,有機(jī)相加壓蒸干后用約2ml甲醇溶解,過(guò)0.22μm濾膜,使用乙腈-水作為流動(dòng)相進(jìn)行半制備。液相系統(tǒng):島津制備液相色譜儀lc-20ar;制備柱為:ymc-packods-a(20×250mm,5.0μm)。將分離得到的各產(chǎn)物進(jìn)行高分辨質(zhì)譜以及1h-nmr,13c-nmr,h-hcosy,hsqc和hmbc分析鑒定。
二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1、外源表達(dá)糖基轉(zhuǎn)移酶催化活性的篩選
在對(duì)糖基轉(zhuǎn)移酶活性進(jìn)行初步篩選中,以市場(chǎng)購(gòu)得的udp-葡萄糖作為糖供體,3種聯(lián)苯植保素(式i、式ii和式iii)作為受體進(jìn)行活性篩選實(shí)驗(yàn)。通過(guò)uplc-uv檢測(cè)極性變大的糖基化產(chǎn)物,檢測(cè)結(jié)果顯示相對(duì)于空載,外源表達(dá)saugt7的粗酶液能催化3種聯(lián)苯底物各形成兩種新的產(chǎn)物,如圖1、圖2和圖3所示。
2、重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化糖基化產(chǎn)物的研究
圖4顯示,圖1中的產(chǎn)物1a和1b與受體底物1的uv吸收譜圖基本一致,且1a和1b分子離子峰分別為m/z407.1289[m-h]-和m/z407.1288[m-h]-,較受體底物1分子量大162。因此,產(chǎn)物1a和1b分別為在受體底物1的不同羥基位上加上了1分子葡萄糖。
圖5顯示,圖2中的產(chǎn)物2a和2b與受體底物2的uv吸收譜圖基本一致,且2a和2b分子離子峰分別為m/z453.1360[m+hcoo]-和m/z453.1357[m+hcoo]-,較受體底物2分子量大162。因此,產(chǎn)物2a和2b分別為在受體底物2的不同羥基位上加上了1分子葡萄糖。
圖6顯示,圖3中的產(chǎn)物3a和3b與受體底物3的uv吸收譜圖基本一致,且3a和3b分子離子峰分別為m/z377.1170[m-h]-和m/z377.1169[m-h]-,較受體底物3分子量大162。因此,產(chǎn)物3a和3b分別為在受體底物3的不同羥基位上加上了1分子葡萄糖。
3、利用重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7制備糖基化修飾產(chǎn)物
為了進(jìn)一步確定重組糖基轉(zhuǎn)移酶saugt7催化形成不同化合物的糖基化位置,進(jìn)而系統(tǒng)性評(píng)價(jià)saugt7的催化功能,本發(fā)明對(duì)具有生物活性的saugt7的糖基化產(chǎn)物進(jìn)行了酶促放大反應(yīng)的制備。各催化受體底物的糖基化產(chǎn)物制備條件見表1。所有制備出的化合物均利用ms、1h-nmr,13c-nmr,h-hcosy,hsqc和hmbc進(jìn)行糖基化位置的確認(rèn),其結(jié)構(gòu)見圖7。
表1糖基化產(chǎn)物制備
糖基化產(chǎn)物的ms,1h-nmr,13c-nmr數(shù)據(jù)具體如下:
rhaphiolepsin4-o-β-d-glucopyranoside(1b)
hr-esi-ms(neg)m/z407.1288[m-h]-(calcd.forc20h23o9,407.1342),esi-ms(neg)m/z407[m-h]-,245[m-h-162]-.1h-nmr(600mhz,cd3od)δ7.39(2h,dd,j=8.6,2.0hz,h-2′,6′),6.87(2h,d,j=8.6,2.0hz,h-3′,5′),6.62(2h,s,h-2,6),4.61(1h,d,j=7.8hz,glc-h-l),3.25-3.72(6h,m,glc-h-2,3,4,5,6),3.80(3h,s,3-och3),3.72(3h,s,4′-och3);13c-nmr(150mhz,cdcl3)δ138.3(c-1),105.5(c-2),150.7(c-3),133.0(c-4),152.9(c-5),107.4(c-6),133.3(c-1′),127.5(c-2′,6′),113.7(c-3′,5′),159.4(c-4′),55.4(3-och3),54.3(4′-och3),102.1(glc-c-1),74.0(glc-c-2),77.0(glc-c-3),69.5(glc-c-4),76.3(glc-c-5),60.7(glc-c-6).
2'-hydroxyaucuparin2'-o-β-d-glucopyranoside(2b)
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noraucuparin4-o-β-d-glucopyranoside(3b)
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<110>中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所
<120>一種植保素糖基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應(yīng)用
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