南方红豆杉愈伤组织培养条件的优化及紫杉醇积累的基因表达效应分析

目的 优化南方红豆杉愈伤组织诱导与继代培养条件,获得含紫杉醇量高的红豆杉愈伤组织,明确紫杉醇合成相关基因的表达模式与紫杉醇量的关系.方法 探讨了适合南方红豆杉的愈伤组织诱导及继代培养的激索组成及浓度.比较了南方红豆杉(种胚、幼茎、幼芽)、曼地亚红豆杉(种胚)和太平洋红豆杉(种胚)不同外植体来源的愈伤组织的生长特点和紫杉醇的量,分析了不同愈伤组织紫杉醇合成相关基因的表达差异.结果 添加3.0 mg/L 2,4-D的Murashige & Skoog(MS)培养基有利于南方红豆杉的诱导,诱导率高于92%.添加2.0 mg/L 2,4-D与1.0 mg/L 6-苄基腺嘌呤(6-BA)的继代培养基有利于南方红豆杉的紫杉醇积累.同一培养条件下,南方红豆杉种胚来源的愈伤组织紫杉醇量最高,达到干质量的0.027%.含紫杉醇量高的愈伤组织,其紫杉醇合成途径中的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPPS)、紫杉二烯合成酶(TASY)、紫杉烷-10β-羟化酶(T10βH)、10-去乙酰巴卡亭Ⅲ-β-O-乙酰转移酶(DBAT)、苯丙氨酸氨基变位酶基因(PAM)、去苯甲酰紫杉-N-苯甲酰转移酶(DBTNBT)等酶基因的表达水平高.结论 从南方红豆杉的种胚为外植体源获得了含紫杉醇量高的愈伤组织,提高GGPPS、TASY、T10βH、DBAT、PAM、DBTNBT的表达水平将促进紫杉醇的合成.     

南方红豆杉水提物诱导人肺腺癌A549细胞凋亡与紫杉醇抑瘤机制不同的研究

目的:初步探讨南方红豆杉水提物抗人肺腺癌A549细胞(以下简称"A549细胞")的作用机制,明确其与紫杉醇抗肿瘤机制的不同。方法:以流式细胞仪检测南方红豆杉水提物对A549细胞凋亡的影响,以紫杉醇为对照;以普通光学显微镜观察南方红豆杉水提物和紫杉醇对A549细胞形态的影响;以Western blotting检测细胞凋亡相关蛋白P-jnk的表达。结果:①流式细胞检测及光镜观察发现南方红豆杉水提物处理后A549细胞呈典型的早期凋亡表现(P<0.05,P<0.01),而紫杉醇组细胞以坏死及晚期凋亡表现为主(P<0.05,P<0.01),且其比例均呈现一定的剂量-效应关系;②Western blotting检测发现南方红豆杉水提物处理后A549细胞P38蛋白表达无明显变化、P-jnk蛋白随药物浓度增加表达减少(P<0.01)。结论:南方红豆杉水提物抗A549细胞的机制与紫杉醇不同,其作用机制主要与诱导肿瘤细胞凋亡有关。     

蛇足石杉1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸 还原异构酶（HsDXR1）基因克隆与表达分析

基于本实验室已获得的蛇足石杉转录组数据,获得一个编码1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR）的转录本,分析其开放阅读框序列,发现该转录本编码全长为1 440 bp 的蛇足石杉DXR 基因（HsDXR1）,含有479 个氨基酸残基。采用RT-PCR 方法获得了HsDXR1 全长,并对HsDXR1 编码蛋白的理化性质、结构域及三维结构进行预测分析。结果显示HsDXR1 编码蛋白的预测分子量为51.496 1 kDa,等电点为6.44;不含信号肽和跨膜区;亚细胞定位预测表明该蛋白最可能定位于叶绿体;具有DXR 蛋白典型的结构域。实时荧光定量PCR 检测HsDXR1 基因在蛇足石杉的茎中表达量最高,其次为根,在叶中表达量最低。本研究获得了蛇足石杉HsDXR1 基因的编码区序列,为进一步研究HsDXR1 在蛇足石杉萜类化合物生物合成途径中的功能奠定基础。     

南方红豆杉总多糖增强紫杉醇对S180荷瘤小鼠肿瘤抑制作用机制研究

目的研究南方红豆杉总多糖增强紫杉醇抗肿瘤作用的机制。方法建立S_(180)小鼠荷瘤模型,观察肿瘤组织病理及细胞凋亡情况,检测肿瘤组织中β-catenin、Cyclin-Dl、CDK4、Bcl-2、Bax以及Survivin蛋白表达情况。结果南方红豆杉总多糖与紫杉醇联用可诱导S_(180)荷瘤小鼠肿瘤组织细胞发生凋亡,下调肿瘤组织中Bcl-2、β-catenin、Cyclin-Dl、CDK4、Survivin蛋白的表达,上调Bax蛋白表达及Bax/Bcl-2比值,差异具有统计学意义(P 0.05)。结论南方红豆杉总多糖与紫杉醇联用增效作用可能与通过线粒体途径、Wnt信号通路促进细胞凋亡及调控细胞周期有关。     

穿心莲甲羟戊酸5-焦磷酸脱羧酶基因的克隆与表达

穿心莲内酯是穿心莲的主要药效成分,广泛用于抗炎。为了对它的生物合成进行遗传调控,提高内酯类成分的合成量,作者在转录组数据分析的基础上,获得了穿心莲内酯生物合成途径中甲羟戊酸5-焦磷酸脱羧酶基因的3个克隆,包含的ORF均长1 260 bp,分别在4个位点具有单碱基的差异。它们编码由419个残基组成的氨基酸序列;保守结构域中均具有11个高度保守的氨基酸,分别决定催化反应的特异性和活性;N端不含有质体定位的信号肽;与丹参的MVD蛋白(Gen Bank号AEZ55675.1)一致性较高。在穿心莲茎和叶片中,MVD基因的表达量分别在花蕾期和初花期最高,但各时期表达量的倍数差异不大。该研究获得的MVD基因,为后续进行详细的功能解析,并进一步应用于穿心莲内酯的遗传调控,奠定了基础。     

红豆杉属植物中紫杉烷化合物含量比较与分析

目的分析和比较5种红豆杉中6种紫杉烷类化合物含量的差异。方法利用乙醇超声浸提后得到样品溶液;通过高效液相色谱法测定和相关性分析、回归分析和聚类分析比较紫杉醇、巴卡亭Ⅲ、10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ(10-deacetylbaccatin Ⅲ,10-DAB)、10-去乙酰基紫杉醇(10-deacetyltaxol,10-DAT)、三尖杉宁碱和10-去乙酰基-7-木糖基紫杉醇(10-deacetyl-7-xylosetaxol,DXT)含量。结果不同种红豆杉紫杉烷含量存在显著性差异,陇南地区中国红豆杉中10-DAB、紫杉醇、10-DAT和三尖杉宁碱含量显著高于其他种红豆杉,曼地亚红豆杉和湖南省南方红豆杉中10-DAB含量也相对较高;相关性分析、回归分析及聚类分析均表明,10-DAT和三尖杉宁碱与紫杉醇含量显著相关,且前者比后者对紫杉醇含量的影响作用更大;聚类分析还表明温室内栽植的南方红豆杉聚为一类,大田种植的中国红豆杉、东北红豆杉、太行山地区南方红豆杉和曼地亚红豆杉聚为一类,表明环境因子对紫杉烷积累具有明显影响。结论不同种红豆杉中紫杉烷含量具有显著差异,种类是影响红豆杉紫杉醇等紫杉烷含量的重要因素,紫杉醇含量随着10-DAT和三尖杉宁碱含量增加而增加。     

雷公藤4-(5'-二磷酸胞苷)-2-C-甲基-D-赤藓醇激酶基因的全长克隆与表达分析

4-(5-焦磷酸胞苷)-2-C-甲基-D-赤藓醇激酶[4-(cytidine-5-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol kinase, CMK]是雷公藤甲素等萜类成分生物合成途径上关键酶之一。根据获得的雷公藤转录组数据中TwCMK片段设计特异性引物,采用全长PCR方法克隆TwCMK全长cDNA,并进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测茉莉酸甲酯(MeJA)诱导雷公藤悬浮细胞后0~72 h TwCMK基因的表达水平。结果表明,TwCMK全长cDNA由1732个核苷酸组成,具有完整的开放阅读框,共编码387个氨基酸,蛋白相对分子质量为42.85 kDa,理论等电点为5.79;TwCMK基因受MeJA诱导后表达逐渐上升,在24 h时达到最高值。为进一步研究雷公藤甲素等萜类成分次生代谢调控和生物合成奠定了基础。     

红豆杉的细胞工程学研究进展

利用红豆杉Taxus的培养细胞作为提取抗癌新药紫杉醇(Taxol)的原料来源的研究已取得了极大进展。到目前已知对红豆杉属的10个种或变种进行过细胞培养的研究,有些种培养细胞的紫杉醇含量高于原植物。通过加入生物合成前体和/或真菌诱导子等措施可以显著提高红豆杉培养细胞中紫杉醇的含量。紫杉醇酶标免疫含量测定的研究成功标志着培养细胞中紫杉醇的微量含量测定可以快速进行,为快速筛选高产紫杉醇细胞系提供了有力的检测手段。红豆杉的毛状根培养、固定化培养及胚培养等均已研究成功,为生产紫杉醇提供了多条途径。     

阳春砂3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因的克隆及分析

目的 克隆阳春砂萜类生物合成途径上游关键酶--3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)(EC:1.1.1.34)的编码基因;分析基因的功能及其在阳春砂不同组织中的表达.方法 用基于RT-PCR的方法从阳春砂叶片中获得编码HMGR的cDNA全长序列,克隆基因编码区;用生物信息学的方法对其编码蛋白进行相似性检索和功能分析;用半定量RT-PCR法比较基因在阳春砂不同组织中的表达差异.结果 获得了全长2 023 bp的编码阳春砂HMGR的cDNA序列,命名为AvHMGR(GenBank登记号:FJ455511).AvHMGR编码的蛋白与其他植物来源的HMGR有很高相似性,含有NADPH结合基序和底物HMG-CoA结合基序,N-端有两个跨膜结构域.保守功能结构域的分析结果表明AvHMGR属于3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶家族.AvHMGR在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达.结论 从阳春砂中克隆了AvHMGR基因,为进一步鉴定基因功能、探明阳春砂萜类生物合成的基因调控机制打下基础.     

人参PgWRKY22基因的克隆及在磷胁迫下的表达分析

目的 克隆人参Panax ginseng转录因子基因PgWRKY22,进行生物信息学、亚细胞定位及外源磷胁迫表达分析。方法 根据人参转录组数据库设计特异性引物,PCR扩增PgWRKY22全长cDNA序列,命名为PgWRKY22,并对其进行生物信息分析;构建绿色荧光融合表达载体PgWRKY22-eGFP,利用农杆菌侵染烟草叶片的瞬时表达法分析亚细胞定位;实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测PgWRKY22在人参组织中的表达特异性以及在外源磷作用下的表达模式。结果 人参转录因子基因PgWRKY22的cDNA序列为975 bp,编码324个氨基酸;PgWRKY22蛋白属于WRKY超家族蛋白,具有典型的WRKY结合域,该蛋白不稳定,属于亲水性蛋白,无规则卷曲为主要组成部分;PgWRKY22蛋白与丹参SmWRKY、葡萄VvWRKY22、长春花CrWRKY22、独脚金SaWRKY27蛋白具有较高的同源性,与西洋参PqWRKY1、PqWRKY2,人参PgWRKY1、PgWRKY3、PgWRKY4具有较近的系统发育关系;亚细胞定位显示PgWRKY22定位于细胞核上;qRT-PCR表明PgWRKY22在人参的侧根和主根中表达较高,在叶和茎中次之;在外源磷浓度为2 mmol/L下的表达显著高于其他磷浓度下的表达。结论 克隆获得PgWRKY22的cDNA序列及表达信息,可为后续进行基因功能鉴定和人参栽培的磷营养调控提供参考。     

黄连WRKY基因家族鉴定及表达分析＊

目的 本研究使用生物信息学方法鉴定黄连WRKY基因家族成员并对其表达模式进行分析，为进一步研究黄连WRKY基因家族的功能及其对黄连生物碱合成途径的调控机制提供参考。方法 利用HMMER、BLAST、TBtools、IQ-Tree等软件，ExPASy、WOLF PSORT、MEME在线网站等对黄连基因组中的WRKY基因家族进行鉴定、可视化分析和表达模式分析。结果 从黄连基因组中鉴定出了41个WRKY基因，其ORF长度为252-2796 bp，编码蛋白的氨基酸数量为84-931 aa，分子质量为9649.32-103620.60 Da，等电点为4.96-10.17，95%以上蛋白预测亚细胞定位于细胞核；41个CcWRKY（黄连WRKY）基因不均一地分布在9条染色体上；系统发育分析将41个CcWRKY蛋白分为3大类，第Ⅰ类有6个，第Ⅱ类有31个，第Ⅲ类有4个；同一类CcWRKY蛋白结构域高度保守，大多CcWRKY基因外显子数量为3-7，内含子数量为2-6。表达分析结果为，除了保守结构域高度缺失的CcWRKY38、CcWRKY40外，所有的CcWRKY都至少在一个组织中有表达，且多数是特异性表达。结论 全面分析了黄连基因组中的WRKY基因家族，有助于进一步解析WRKY基因家族在黄连生物碱生物合成途径的调控机制。     

温郁金法呢基焦磷酸合酶（CwFPPS）基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

目的 克隆温郁金Curcuma wenyujin萜类生物合成中的限速酶法呢基焦磷酸合酶（farnesyl pyrophosphate synthase，FPPS）的全长cDNA序列。方法 根据温郁金转录组数据设计特异引物，PCR扩增FPPS全长cDNA序列并对其进行生物信息分析；构建"基因-GFP"融合表达载体，利用农杆菌介导烟草叶片进行亚细胞定位分析；实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测基因在植物组织中的特异性表达。结果 温郁金CwFPPS基因全长1196 bp，包含1个长为1071 bp的开放阅读框，编码356个氨基酸，GenBank登入号为MT489462；CwFPPS编码蛋白属于类异戊二烯生物合成酶超级家族（C1）成员，包含5个保守的功能域，其中2个是富含天冬氨酸（DDXXD）的活性中心；亚细胞定位显示该蛋白位于泡质、细胞膜或细胞核上。qRT-PCR分析表明，CwFPPS基因在根茎中特异表达，相对表达水平是叶片中的13.7倍。结论 克隆获得的温郁金CwFPPS基因全长及其特异表达信息，可为后续进行基因功能鉴定及倍半萜成分的代谢工程研究提供依据。     

铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A的克隆与表达分析

目的克隆珍稀濒危兰科药用铁皮石斛F-box蛋白基因即S期激酶相关蛋白(S phase kinase-associated protein)基因DoSKP2A,并进行生物信息学和表达特征分析。方法采用RACE技术获基因全长;利用生物信息软件预测基因编码蛋白的理化性质、结构域和亚细胞定位等分子特性;用DNASTAR 7.0和MEGA 7.0分别进行氨基酸多序列比对和进化树构建;借助定量PCR检测基因表达模式。结果克隆到DoSKP2A(GenBank注册号KU160472),c DNA全长1 507 bp,开放阅读框(ORF)长1 101 bp,编码蛋白含366个氨基酸,相对分子质量39 590,等电点7.9。DoSKP2A蛋白不含跨膜域和信号肽,包含F-box核心结构域(26～88)、亮氨酸重复序列LRR(202～226)和多个保守基序;Do SKP2A与植物SKP2As蛋白一致性为64.6%～72.4%,所在分支隶属于SKP2As分子进化的单子叶植物分支,与小兰屿蝴蝶兰SKP2A亲缘关系近;DoSKP2A基因转录本在石斛3种器官中为组成型表达,根中相对表达量较高,为叶中的6.16倍,茎中次之,叶中表达量很低。结论获得一个全新的铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A全长、生物信息及其表达特征,为研究其在铁皮石斛生长发育、信号传导和抗逆境胁迫的分子机制提供基础。     

地黄毛蕊花糖苷合酶基因的克隆、亚细胞定位与表达特性分析

目的克隆地黄Rehmanniaglutinosa毛蕊花糖苷合酶基因(Rg Ac S1),分析其亚细胞定位和表达模式。方法在地黄的转录组数据库中通过注释和比对,获得地黄Rg Ac S1的c DNA序列,利用聚合酶链式反应(PCR)方法进行分子克隆。构建绿色荧光蛋白(GFP)融合表达载体,以农杆菌瞬时表达法观测Rg Ac S1的亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测Rg Ac S1基因在地黄块根不同部位的表达模式。结果获得地黄1个莽草酸-O-羟基肉桂酰基转移酶的全长编码序列,c DNA长度为1 659 bp,包含1个1 296 bp的开放阅读框,编码431个氨基酸残基,蛋白质相对分子质量为475 900,具有莽草酸-O-羟基肉桂酰基转移酶的典型结构域,命名为Rg Ac S1。亚细胞定位结果显示Rg Ac S1主要分布在细胞质中,在细胞核中也有分布。q RT-PCR分析表明,Rg Ac S1在地黄的周皮和根毛中表达量较高,在木质部和韧皮部表达量较低。Rg Ac S1基因在地黄品种北京1号、QH1和85-5中非菊花心中表达量均高于菊花心中的表达量,且差异达极显著水平。结论获得地黄Rg Ac S1的c DNA序列,明确了Rg Ac S1的亚细胞定位和时空表达模式,为进一步研究Rg Ac S1基因在毛蕊花糖苷合成过程中的作用奠定基础。     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆及生物信息学分析

目的 克隆竹节参Panax japonicus鲨烯环氧酶基因（squalene epoxidase,PjSE）的全长cDNA序列,进行生物信息学分析和原核表达。方法 设计特异性引物,从竹节参中克隆得到PjSE序列;以PjSE基因序列作为输入数据,利用多序列同源比对等生物信息学分析工具进行序列分析;构建重组原核表达载体pCold-PjSE,转化至大肠杆菌BL21(DE3)中进行蛋白诱导表达;采用实时荧光定量PCR技术分析该基因在竹节参不同组织中的相对表达量。结果 PjSE基因开放阅读框长度为1884 bp,编码627个氨基酸,PjSE蛋白相对分子质量为68 639.49,初步预测其具有跨膜结构域,可能定位在叶绿体上;聚丙烯凝胶电泳结果显示诱导表达蛋白的相对分子质量大小与预期结果一致;该基因在竹节参叶中表达量最高,须根次之,根中表达量最低。结论 PjSE基因的克隆、生信分析及原核表达研究,不仅有助于丰富竹节参中该类功能蛋白的种类和数量,完善竹节参皂苷类成分的生物合成途径,也为后期开展竹节参皂苷的异源合成提供了可供选择的关键基因元件。     

霍山石斛类黄酮-3-O-糖基转移酶（DhUF3GT）基因克隆与原核表达分析＊

目的 克隆霍山石斛类黄酮-3-O-糖基转移酶（DhUF3GT）基因并进行生物信息学分析，为进一步培育高黄酮含量的霍山石斛药材提供理论依据。方法 根据前期霍山石斛转录组数据筛选出的基因DhUF3GT，克隆该基因，并对cDNA的核酸序列进行生物信息学分析，同时构建DhUF3GT-pET28（a）重组质粒进行原核表达分析。结果 测序结果显示，霍山石斛DhUF3GT基因cDNA序列有1289 bp，包含一个长度为1239 bp的开放阅读框，编码412个氨基酸，GenBank中的登录号为OM460827。生物信息学分析表明：DhUF3GT蛋白属于亲水性稳定蛋白，理论相对分子质量为45.668 KD，等电点（PI）为5.98，具有多个磷酸化位点和两个糖基化位点，不含信号肽，亚细胞定位于叶绿体。系统进化树表明，该序列与同科植物铁皮石斛同源性最高，具有UGT家族的“PSPG Box”保守区域。SDS-PAGE电泳显示，成功表达出原核重组蛋白DhUF3GT-pET28（a）。结论 成功克隆出霍山石斛DhUF3GT基因序列，并获得其序列特征及原核表达蛋白，这有助于霍山石斛DhUF3GT功能的进一步研究及类黄酮化合物的生物合成机制的阐明。     

温郁金中茉莉酸氨基酸合酶关键基因JAR的克隆及生物信息学分析

目的 克隆温郁金茉莉酸氨基酸合酶关键基因JAR(JA-amino acid synthetase)的全长c DNA序列,并进行生物信息学和表达分析。方法 根据温郁金转录组数据设计特异性引物。以温郁金根茎的c DNA为模板,通过RT-PCR扩增获得JAR全长c DNA序列,利用生物信息学软件预测基因编码蛋白的特征;利用ClustalW和MEGA 6.06软件构建温郁金JAR的系统进化树;构建原核表达载体PET-22B(+)-JAR,纯化重组蛋白JAR5,并进行鉴定。结果 扩增后的基因编码582个氨基酸,全长1749 bp,且具有典型的GH3特征结构域,不具跨膜域,不存在信号肽,属于不稳定蛋白;PCR扩增后得到约1 800 bp大小的片段,经凝胶过滤色谱纯化,最终得到基于蛋白印迹实验(Western blotting)验证正确的66 200大小的重组蛋白。结论 首次克隆并分析了温郁金JAR基因,纯化了JAR5蛋白,为进一步研究温郁金JAR基因蛋白功能研究提供依据。     

丹参中转录因子SmMYB87基因的克隆、亚细胞定位和表达分析

目的克隆丹参Salvia miltiorrhiza中第14亚群R2R3 MYB转录因子基因SmMYB87的全长序列,并对其进行生物信息学和表达分析。方法以丹参总RNA为模板,利用同源克隆和c DNA快速扩增(RACE)技术获得SmMYB87 cDNA全长序列。运用生物信息学软件对该基因及其编码蛋白进行结构和理化性质分析,利用q RT-PCR测定SmMYB87在各器官中的表达并构建融合表达载体pTF-486-SmMYB87分析SmMYB87蛋白的亚细胞定位。结果 SmMYB87基因含有2个内含子和1个732 bp的开放阅读框(ORF),编码243个氨基酸。该基因在根、茎、叶和花中均有表达,且4个器官中的表达量没有显著差异。SmMYB87蛋白在细胞核和细胞膜上均有分布。结论 SmMYB87的序列结构和表达分析为进一步研究其在丹参中的生物学作用奠定了理论基础。