唇形科植物牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶编码基因及其氨基酸序列的生物信息学分析

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPS)是二萜类物质合成途径中的一个关键酶。该文采用生物信息学方法对9种唇形科植物的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶的核苷酸及其编码的氨基酸序列的结构、理化性质、信号肽、导肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性和亚细胞定位特征、二级结构、蛋白质功能域、三级结构和进化关系进行了初步预测和分析,并构建了牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶蛋白家族的系统进化树。结果表明,9种唇形科植物的GGPS氨基酸序列理化性质基本一致,主要表现为亲水性蛋白,有叶绿体转运肽,不存在信号肽,没有跨膜结构域;大多数定位于叶绿体,少数定位于线粒体。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是α-螺旋和无规则卷曲,含有多聚异戊二烯基合成酶的活性结构域、2个天冬氨酸富集区结构域、活性位点残基盖结构域和镁离子结合位点结构域。研究结果将为GGPS的酶学特性及二萜类生物合成的分子机制研究提供理论参考。     

甘草鲨烯合酶基因多态性对其编码酶催化效率影响的研究

目的:分析甘草鲨烯合酶(squalene synthase,SQS)基因多态性及其对编码酶催化效率的影响,为揭示优质甘草形成的分子机制奠定基础.方法:提取甘草总RNA; PCR扩增其SQS基因编码序列;测序后分析SQS序列的多态性;将具有明显差异的4个甘草SQS序列(SQS1C,SQS1F,SQS2A,SQS2B)连入表达载体pET-32a(+),转化大肠杆菌BL21;IPTG诱导蛋白表达,纯化后用于体外酶促反应;GC-MS鉴定产物并比较相对含量.结果:甘草SQS1基因存在单核苷酸多态性(single nuclear polymorphisms,SNPs)、插入与缺失多态性(InDel)、选择性剪接(AS)多态性;SQS2基因只存在SNPs.氨基酸序列分析显示,SQS1非保守替换占53.94％,结构域中有2个位点突变;SQS2非保守替换占60％,结构域中有1个位点突变.在4种编码酶的体外酶促反应中,利用GC-MS均能检测到产物生成;SQS1F编码酶积累鲨烯的能力高于其他序列.结论:甘草SQS基因具有丰富的多态性,其编码酶催化效率差异显著,这可能是优质甘草形成的分子基础.     

丹参柯巴基焦磷酸合酶的生物信息学分析

目的分析丹参柯巴基焦磷酸合酶(CPS)的氨基酸序列特征,并与其他植物进行比较,为丹参CPS蛋白的后续研究提供有利参考。方法利用生物信息学方法,以丹参为主,对13科16种植物的18条CPS蛋白序列进行了序列组成、生化特性、导肽、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级、三级结构及功能域等预测分析,并进行了丹参CPS蛋白序列与其他植物的同源比对以及系统进化树构建。结果 CPS蛋白氨基酸残基数集中在730以上;相对分子质量91 610左右;平均理论等电点5.87,提示CPS为酸性蛋白。序列结构预测结果显示,CPS蛋白具有明显的疏水区和亲水区,不存在信号肽,不具有跨膜结构域,可能有叶绿体转运肽。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是α-螺旋和无规则卷曲。蛋白同源性比对结果显示,丹参CPS与同科植物迷迭香和玄参科植物野甘草的同源性最高。结论对丹参等植物的CPS蛋白进行了详细的生物信息学分析,可为今后深入研究该酶的结构特征和功能提供参考。     

山楂鲨烯合酶CpSQS1,CpSQS2的基因克隆及原核表达分析

为认识山楂三萜成分生物合成途径中鲨烯合酶基因结构特征,克隆获得山楂鲨烯合酶基因并进行生物信息学分析和原核表达分析。通过RT-PCR方法从山楂果实中克隆获得2条鲨烯合酶CpSQS1,CpSQS2的基因,其ORF长度分别为1239,1233 bp,分别编码412,410 aa。使用在线工具预测CpSQS1,CpSQS2均为稳定的酸性蛋白,二级结构主要由α-螺旋结构组成,利用同源建模对三级结构进行预测;结构功能域分析表明,CpSQS1和CpSQS2的35~367 aa都具有反式异戊烯基焦磷酸合酶的保守结构域;跨膜结构域分析预测CpSQS1,CpSQS2均具有2个跨膜结构域;序列分析表明山楂、丹参、甘草SQS基因编码的氨基酸序列具有较高的同源性;系统进化树分析显示CpSQS1,CpSQS2与蔷薇科的苹果MdSQS1,MdSQS2聚为一支,与系统进化规律一致;构建原核表达载体pGEX-4T-1-CpSQS1,pGEX-4T-1-CpSQS2转化至大肠杆菌Transetta(DE3)进行诱导表达,在65 kDa处均能成功表达出目的蛋白;基因表达分析结果显示,CpSQS2的基因表达水平在山楂的3个不同发育时期均明显高于CpSQS1。该研究首次克隆并分析了山楂SQS1,SQS2基因,为进一步研究山楂三萜生物合成途径奠定基础。     

中药基原植物基于APG Ⅳ系统的分类变动整理

目的：被子植物系统发育研究组（APG）Ⅳ系统是目前最新的被子植物分类系统,基于DNA序列的APG系统能更自然地反映植物的系统发育及演化关系,其在国外的植物科学研究和教学中已得到广泛认可和应用。通过APGⅣ系统与传统植物分类系统变动的对比,梳理2020年版《中华人民共和国药典》收载的中药基原植物分类地位的变化。方法：查阅国内外文献,按照APGⅣ系统里被子植物的基本类群的ANA基部支群、木兰类分支与金粟兰目、单子叶植物、真双子叶植物的基部类群、超蔷薇类分支、超菊类分支,分别对《中华人民共和国药典》收载的中药基原植物分类地位的变化进行整理。结果：2020年版《中华人民共和国药典》约有72种中药,涉及到76种基原植物对照APGⅣ系统要进行科等级变动;原属于传统双子叶植物纲的22种中药,其涉及到26种基原植物,被放置于APGⅣ系统的单子叶植物和真双子叶植物分化之前出现的类群。结论：基本上理清了药典的中药基原植物在APGⅣ系统分类地位的变动,有利于进行中药基原植物的研究查阅国内外的文献,有利于我国中药在国际上进行交流活动,为我国高校《植物学》和《药用植物学》的教材修订提供参考,也将为日后我国药典内...     

翼首草鲨烯合酶（PhSQS2）全长克隆、表达特性分析及蛋白功能验证

目的 从匙叶翼首草Pterocephalus hookeri转录组中挖掘参与三萜合成的鲨烯合酶（squalene synthase,SQS）并研究其作用机制。方法 以翼首草基原植物匙叶翼首草为研究对象,基于前期转录组数据筛选克隆PhSQS2基因,并进行生物信息学分析;通过烟草瞬时转化实验观察PhSQS2亚细胞定位情况,利用实时荧光定量PCR分析PhSQS2在不同器官中的表达特征;构建原核表达载体经体外酶促反应鉴定PhSQS2功能。结果 PhSQS2基因开放阅读框（open reading frame,ORF）区域全长1242 bp编码414个氨基酸,蛋白相对分子质量为47 400,理论等电点为6.57,总平均疏水性为-0.075,为不稳定蛋白。PhSQS2主要定位在细胞核和细胞质中;组织分布具有特异性,在根和叶中均有表达,叶中表达量显著高于根中。体外酶促实验证明PhSQS2催化法尼基焦磷酸生成鲨烯。结论 PhSQS2的功能鉴定为解析翼首草中萜类物质生物合成途径,提高三萜皂苷类成分含量及优质种质资源筛选培育提供了前期理论基础。     

天山雪莲鲨烯合酶SiSQS1和SiSQS2调控β-谷甾醇合成机制研究

目的通过比较天山雪莲Saussurea involucrata细胞中鲨烯合酶Si SQS1和Si SQS2的位点变异、蛋白原核表达及表达水平差异以及下游产物β-谷甾醇量的高低,探索天山雪莲细胞Si SQS1和Si SQS2催化β-谷甾醇合成的机制。方法从天山雪莲细胞中克隆出β-谷甾醇生物合成途径上关键酶Si SQS1与Si SQS2基因,并对其进行生物信息学分析;分别对Si SQS1和Si SQS2进行原核表达与条件优化,比较二者在天山雪莲细胞中的蛋白原核表达差异;采用RT-PCR技术对二者在天山雪莲三色系细胞中的表达水平进行比较,采用GC-MS对雪莲三色系细胞中β-谷甾醇进行定量分析,并对β-谷甾醇量与Si SQS1、Si SQS2表达水平做相关性分析。结果 Si SQS1和Si SQS2在242E/D存在残基变异,原核表达及条件优化实验表明二者都有目的蛋白条带出现,但二者之间的原核表达最适体系不同;化学定量与基因表达水平的相关性分析表明β-谷甾醇量与Si SQS1、Si SQS2基因表达水平呈正相关,相关系数分别为0.92和0.89。结论 Si SQS1与Si SQS2二者242E/D残基变异可能影响Si SQS蛋白的表达,二者在催化活性以及对β-谷甾醇积累调控作用上可能存在一定的功能差异,为研究鲨烯合酶SQS调控天山雪莲细胞β-谷甾醇积累的机制提供了技术支持和奠定了理论基础。     

中药寒热药性与其基原植物生境光照条件相关性分析

探讨中药寒热药性与其基原植物生境光照条件之间关系,提出了中医药理论指导下的"光照-寒热药性"假说。选择127种常见中药,依据《中国植物志》中对其基原植物的生境描述同时结合实地调研结果,通过关联规则数据挖掘技术分析中药寒热药性与其基原植物生境之间的关联关系,同时统计分析光照和寒热药性的相关性。结果表明,寒性中药与生境有效强关联程度依次为草地路边山坡荒地沟谷农田河边,热性中药与生境有效强关联程度依次为林下灌丛沟谷密林。68味寒凉性中药的基原植物81.2%为喜光植物,8.7%为喜阴植物,8.7%对光照要求不明显;59味温热性中药的基原植物62.7%为喜阴植物,20.3%为喜光植物,17.0%对光照要求不明显,卡方检验表明寒热药性与光照习性有显著差异(P0.01)。综上,中药基原植物的光照习性与其药性具有显著相关性,为保障药效,中药基原植物的栽培应考虑其生境光照条件与药性的相关性。     

白花丹参鲨烯合酶SQS2的克隆与原核表达分析

该研究根据丹参的转录组数据提供的基因片段设计引物,采用逆转录聚合酶链式反应方法,从白花丹参中克隆鲨烯合酶SQS2的全长cDNA序列,命名为SmSQS2,GenBank注册号KM244731.序列长度为1 597 bp,包含1 245 bp的开放阅读框,推测编码414个氨基酸,含有115 bp的5'UTR和237 bp的3'UTR.利用生物信息学软件对获得的序列进行同源性分析,得出白花丹参SQS2的与紫花丹参SQS2的序列无明显差异.原核表达分析结果表明SmSQS2在大肠杆菌中能表达出与预测蛋白大小相当的目标蛋白,对影响蛋白表达的4个因素,即诱导温度、诱导时间、IPTG浓度和诱导时宿主菌的吸光度(A600)进行了优化,得出SmSQS2蛋白表达的最佳条件为:IPTG终浓度0.2 mmol· L-1,宿主菌的吸光度(A600)为0.6,温度30℃,诱导时间20 h.这为进一步研究白花丹参鲨烯合酶SQS2在丹参萜类和甾醇类生物合成途径中的作用提供了理论依据.     

丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因的克隆与分析

目的:获得丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因(GGPS),并进行生物信息学分析和初步的表达特性研究.方法:根据GGPS蛋白序列保守区域设计简并引物,利用同源扩增和cDNA末端快速扩增技术从丹参根中获得目的基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,Prosite分析蛋白质的基本结构域,Target P 1.1分析信号肽序列,MEGA4.0比对已有GGPS蛋白序列,并构建进化树;用半定量RT-PCR检测其在丹参子叶期根、叶和花期根、茎、叶、花蕾、花中的表达情况;设计特异引物,从丹参基因组DNA中扩增,获得编码完整的GGPS基因,初步分析该基因结构.结果:得到1条长1298 bp的GGPS cDNA序列,其ORF框长1 095 bp,编码1段含有52个氨基酸质体定位信号肽的364个氨基酸序列,具有多聚异戊二烯基合成酶的特异序列,与已报道的GGPS基因有60%以上的同源性;RT-PCR半定量分析表明该基因在所分析的各组织中均有表达,尤以花期叶片中的表达最强;基因结构分析表明该基因有1个397 bp的内含子.结论:首次得到丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因,为其功能研究提供了基础.     

甘草鲨烯合酶基因及cDNA的克隆与序列分析

目的:对甘草鲨烯合酶(SQS)基因的cDNA及DNA进行克隆及序列分析.方法:根据已报道的光果甘草SQS1基因的cDNA序列设计引物,采用RT-PCR的方法,提取甘草根的RNA然后反转录成cDNA,以cDNA为模板,扩增出SQS基因的cDNA序列,以甘草总DNA为模板,扩增SQS的DNA序列.结果:序列分析表明,克隆获得的甘草SQS1的cDNA编码区为1242 bp,编码413个氨基酸残基,命名为GuSQS1,登录号为GQ266154,与卢虹玉等报道的甘草的2个SQS(SQS1和SQS2)的氨基酸序列一致性为98.55%,88.62%,对应DNA序列全长为4484 bp,含有13个外显子,12个内含子,登录号为GQ180932.结论:甘草SQS的cDNA及DNA序列的获得为进一步研究甘草酸生物合成机制提供了基础.     

西洋参不同器官中皂苷量与鲨烯合成酶和鲨烯环氧酶基因表达的相关性

目的探讨西洋参不同组织器官中总皂苷和单体皂苷量的差异及其与人参皂苷合成途径中鲨烯合成酶(SQS)和鲨烯环氧酶(SQE)基因表达量之间的关系。方法以4年生西洋参的14个组织器官为材料,索氏回流法提取总皂苷,采用HPLC法测定6种单体皂苷(人参皂苷Rg1、Re、Rb1、Rc、Rb2和Rd)的量,用香草醛-硫酸比色法测定总皂苷量。通过实时荧光定量PCR分析SQS和SQE基因在西洋参14个组织器官中的表达量。结果总皂苷和单体皂苷量在西洋参不同组织器官中差异非常显著(P<0.01)。除人参皂苷Rb2外,各单体皂苷及总皂苷之间均呈非常显著的正相关关系(P<0.01)。SQS和SQE基因在14个组织器官中的表达量具有非常显著的差异(P<0.01)并与人参皂苷Re、Rg1、Rb1、Rd和总皂苷量之间有显著的正相关关系(P<0.05)。结论西洋参不同组织器官中皂苷的量存在差异,SQS和SQE基因在人参皂苷合成途径中起着极其重要的作用。     

2个丹参鲨烯合酶基因的克隆和鉴定

目的 克隆与鉴定丹参Salvia miltiorrhiza鲨烯合酶基因。方法 基于丹参基因组的基因预测结果设计引物,通过RT-PCR方法,克隆丹参鲨烯合酶基因。利用生物信息软件对基因序列进行了结构分析,对基因编码多肽进行了序列同源性比较和保守结构域分析,利用实时定量RT-PCR方法对基因进行表达模式研究。结果 通过RT-PCR方法扩增得到2个丹参鲨烯合酶基因（SmSQS1和SmSQS2）,它们编码的多肽具有鲨烯合酶相关结构域和保守基序。这2个基因具有不同的外显子/内含子结构特征,具有不同的组织特异性表达模式和时间表达模式。结论 丹参基因组中存在2个鲨烯合酶基因,它们具有不同的基因结构特征和表达模式,可能在丹参甾体类和三萜类化合物生物合成中起不同作用。     

15种中药材表面污染真菌的分离与分子鉴定

为了了解中药材受真菌污染的状况,探索中药材表面污染真菌的快速鉴定方法.利用PDA培养基进行中药材污染真菌的分离与纯化.根据真菌基因组ITS序列设计特异引物,通过PCR扩增和序列分析进行菌株鉴定.从15种湖北市售中药材上分离得到50株真菌,污染率为93.3%.利用分子鉴定方法成功鉴定了其中的27株.中药材受真菌污染现象较为普遍,各菌属污染中药材情况不同,其中以曲霉属真菌的污染较严重,存在潜在的风险.该实验所设计的引物通用性较好,可用于中药材表面污染真菌的鉴定.     

甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因多态性与甘草酸含量的相关性分析

目的:揭示甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因的多态性,并阐述HMGR基因多态性与甘草酸含量的相关性.方法:以甘草酸含量差异显著的甘草个体为材料,通过RT-PCR法扩增其HMGR基因编码区;与载体pMD19-T连接后克隆测序;通过多重比对进行HMGR基因多态性分析,及与甘草酸含量之间的关联分析.结果:HMGR基因编码区多态性包括整码突变、碱基置换突变、拷贝数多态性及等位基因杂合;HMGR编码氨基酸序列中存在以下4种类型变异,即-HSL,-HSV,GALLV,GALSV,其中-HSV型为甘草中普遍存在类型,-HSL型为甘草酸低含量甘草的特有类型,GALSV型为甘草酸高含量甘草特有类型.结论:甘草HMGR基因编码区具有丰富的多态性,和甘草酸含量之间具有相关性.     

藏药川西獐牙菜中SmMK基因的克隆及生物信息分析

目的了解川西獐牙菜Swertia mussotii Franch甲羟戊酸途径中的关键酶甲羟戊酸激酶基因(MK)的功能,并进一步推进川西獐牙菜中的甲羟戊酸途径的研究。方法根据川西獐牙菜的转录组信息,获得了川西獐牙菜MK(SmMK)基因的全长c DNA序列,并且设计了特异性引物,利用RT-PCR对该基因进行了克隆;利用生物信息学方法,对Sm MK基因的序列进行分析;构建原核表达载体MBP-SmMK,转入大肠杆菌Rosetta(DE3)中,然后对Sm MK基因进行了原核表达,并对其进行了纯化。结果 Sm MK基因cDNA全长为1 164 bp,共编码387个氨基酸。SmMK与其他植物中的MK具有较高相似性。对其信号肽、跨膜区域、蛋白定位及二级结构和三维构象进行了预测分析。SDS-PAGE检测表明所纯化蛋白与预期蛋白的大小相一致,为40970。结论为进一步研究川西獐牙菜中MK的功能奠定了基础,并为进一步研究川西獐牙菜中的甲羟戊酸途径,提高川西獐牙菜中类异戊二烯化合物的产量提供了依据。     

中药材中二氧化硫残留量快速测定方法

目的:建立一种适用于中药材中二氧化硫残留量快速测定的方法.方法:根据活泼金属单质锌在稀盐酸中能还原亚硫酸或亚硫酸盐生成硫化氢,而硫化氢能使乙酸铅试纸变黑的原理,对3大类,6个品种,18个批次的中药材中二氧化硫残留量进行测定,并用2010年版《中国药典》方法进行验证.结果:各批次中药材的硫化铅斑点清晰,与标准比色卡比对,可确定二氧化硫残留量范围.结论:方法简单易行,测定时间短,且装置简单,适用于药材中二氧化硫残留量的快速定性或半定量测定.