西洋参环氧角鲨烯环化酶基因的克隆、分布与分析

目的 克隆西洋参皂苷合成下游途径关键酶-环氧角鲨烯环化酶(oxidosqualene cyclases,OSC,EC 4.2.1.B2),分析基因功能及其在不同组织中的表达.方法 采用大规模ESTs测序和eDNA末端扩增(RACE)技术,对西洋参中参与达玛烷皂苷合成的环氧角鲨烯环化酶基因(OSC)进行克隆和研究.结果 获得了西洋参环氧角鲨烯环化酶(OSC)基因全长eDNA,命名为PqDS(GenBank注册号:GU997679),其核苷酸序列长度为2 310 bp,含有1个开放阅读框编码769个氨基酸的蛋白.保守结构域搜索显示PqDS含有环氧角鲨烯环化酶(OSC)共有的活性位点和保守基序.信号肽分析(Singal P3.0)表明西洋参PqDS属于非分泌型蛋白.采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)研究了PqDS基因在各个器官中的表达,结果显示在花中高表达,根、叶和茎中表达量相对较低.结论 首次克隆了西洋参环氧角鲨烯环化酶(PqDS)基因全长序列,为研究该酶在植物体内的表达、功能与作用机制奠定了基础.     

刺五加β-香树酯醇合成酶基因的克隆及其表达与皂苷量的相关性

目的克隆刺五加的β-香树酯醇合成酶(β-amyrin synthase,bAS)基因,并分析其表达对皂苷量的影响。方法利用同源克隆法克隆刺五加的bAS基因。利用Real time PCR技术,分析刺五加bAS基因的表达规律,分光光度法测定总皂苷量。结果克隆到cDNA长度分别为1223、1226 bp的刺五加bAS1、bAS2基因。bAS1和bAS2基因在各时期和器官中均有表达,但表达量差异显著(P0.05)。bAS1基因在萌芽期的表达量最高,之后迅速降低,并基本维持恒定。在整个生长期中bAS2表现出低→高→低的表达特点。bAS1基因在各器官中的表达量基本恒定,bAS2基因在叶片中的表达量最高。茉莉酸甲酯(MeJA)处理后,bAS1基因的表达未发生显著变化,bAS2的表达量显著上升。刺五加的皂苷量与bAS2呈极显著的正相关关系(P0.01),bAS1基因未达显著水平。结论 bAS2可能是催化刺五加三萜皂苷生物合成的关键酶。     

北柴胡皂苷生物合成途径关键酶IPPI的全长cDNA克隆及其序列分析

目的克隆北柴胡皂苷生物合成途径关键酶异戊烯基焦磷酸异构酶(EC 5.3.3.2,isopentenyl diphosphate isomerase,IPPI)的全长cDNA,为研究柴胡皂苷的生物合成与基因调控奠定基础。方法 PCR矩阵法快速筛选北柴胡全长cDNA文库。结果获得了北柴胡IPPI的全长cDNA(GenBank No.gq433719),其核苷酸序列长1 117bp,编码319个氨基酸的蛋白。NCBI Blastx结果显示与胡萝卜Daucus carotasubsp.sativus(abb52064)的IPPI氨基酸序列相似性最高,一致性为92%,相似度为97%。保守结构域搜索显示含有IPPI共有的催化活性位点、金属结合位点及Nudix基序。TargetP1.1和SignalP3.0分析表明北柴胡IPPI N端含有长26 bp的叶绿体信号肽。结论首次克隆了北柴胡IPPI的全长cDNA,将促进后续北柴胡IPPI基因表达特性及其在柴胡皂苷合成代谢中功能的研究。     

北柴胡糖基转移酶基因BcUGT8的克隆、序列分析及其原核表达载体构建

目的 克隆北柴胡Bupleurum chinense中可能参与柴胡皂苷生物合成的糖基转移酶基因BcUGT8,构建其原核表达载体,为通过体外表达和纯化蛋白的催化活性,分析验证其功能奠定基础.方法 在Roche (454) GS FLX系统高通量测序已获得部分cDNA序列基础上,通过cDNA末端快速扩增技术(RACE)和长距离PCR扩增方法(LD-PCR)克隆全长cDNA.设计含有酶切位点的PCR引物,PCR扩增其开放阅读框(ORF),酶切后,插入到pET-28a(+)载体中,构建出原核表达载体.结果 扩增到北柴胡1个糖基转移酶(UGT)基因全长cDNA,构建了这一基因的原核表达载体.结论 通过BcUGT8基因的全长cDNA克隆、序列分析和原核表达载体的构建,为后续开展体外酶蛋白表达、纯化和催化活性分析实验,验证其生物功能奠定了基础.     

三七法呢基焦磷酸合酶的基因克隆及序列分析

目的对三七法呢基焦磷酸合酶(FPS)进行基因克隆及序列分析。方法采用cDNA末端快速扩增法,以三七根总RNA为模板扩增出三七FPS基因。结果序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长1 409 bp,开放阅读框共编码343个氨基酸残基,推测的氨基酸序列与积雪草、灰白银胶菊、黄花蒿的FPS的氨基酸序列同源性最高,分别达95%、87%、86%。结论首次分离并报道了三七FPS cDNA克隆,为进一步研究三萜皂苷生物合成机制及其在提高植物药用价值方面的应用奠定基础。     

罗汉果法呢基焦磷酸合成酶基因的克隆及其序列分析

目的 对罗汉果甜苷V生物合成途径的关键酶法呢基焦磷酸合成酶(Farnesyl pyrophosphate synthase,FPPS)基因的全长cDNA序列进行克隆,为研究罗汉果甜苷V生物合成与基因调控奠定基础.方法 根据植物FPPS基因保守功能域设计简并引物,通过PCR和RACE方法克隆罗汉果FPPS基因的全长cDNA.结果 获得罗汉果FPPS (SgFPPS)基因的全长cDNA序列共1354个核苷酸,包含一个1026核苷酸的开放阅读框架(open reading frame,ORF),cDNA编码的蛋白包含342个氨基酸,推断蛋白质相对分子质量为3.92×104.NCBI Blastx结果显示,SgFPPS基因编码的蛋白与苹果树来源FPPS具有最高同源性,氨基酸一致度达85.1％.SgFPPS具有异戊烯基转移酶的5个典型保守功能域.进化树分析结果显示,SgFPPS基因与苹果树的FPPS具有较近的亲缘关系.结论 首次克隆SgFPPS基因的全长cDNA序列,为分析SgFPPS基因表达特性及其在罗汉果甜苷V生物合成中的功能奠定基础.     

甘草β-香树酯醇合成酶的编码区克隆与序列分析

目的:对甘草β-香树酯醇合成酶(β-amyrin synthase,bAS)编码区进行克隆及序列分析.方法:根据已报道的光果甘草bAS基因的cDNA序列设计引物,采用RT-PCR技术,以甘草主根总RNA为模板扩增出甘草bAS基因的编码区序列.结果:序列分析表明,所克隆的bAS基因编码区长为2 289 bp,编码762个氨基酸残基,命名为GubAs(GenBank注册号:FJ627179),推测的氨基酸序列与光果甘草、光叶百脉根、豌豆、截形苜蓿、大豆的氨基酸序列同源性最高,分别达99%,92%,90%,90%,89%.结论:首次报道了甘草bAS基因的编码区序列,为进一步研究三萜类化合物的生物合成机制及为甘草优良品种的选育奠定基础.     

刺五加亚精胺合成酶基因的克隆及内生真菌对其表达的影响

目的 克隆刺五加亚精胺合成酶(spermidine synthase,SPDS)基因,并分析内生真菌对其表达的影响.方法 采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加SPDS基因全长cDNA序列.运用生物信息学方法对该基因进行分析.RT-PCR法检测内生真菌菌株P116-1a、P116-1b、P109-4和P312-1对SPDS基因表达的影响.结果 刺五加SPDS基因的cDNA全长为1 541 bp,开放阅读框长1 002 bp,编码333个氨基酸的蛋白,包含SPDS家族的基本结构和标志性序列.RT-PCR结果显示,内生真菌可显著提高刺五加SPDS基因的表达量(P＜0.05),最大表达量出现在菌株P116-1b回接90 d时,是对照的2.06倍.结论 首次克隆了刺五加SPDS基因的cDNA全长序列,并证实内生真菌可显著提高刺五加SPDS基因的表达,为阐明内生真菌提高刺五加三萜皂苷量的机制及刺五加的抗逆性改良奠定了基础.     

太子参鲨烯环氧酶基因的克隆及其表达分析

目的对太子参三萜类皂苷生物合成关键调控酶鲨烯环氧酶1(SQE1)基因进行全长c DNA克隆和功能分析。方法基于其他植物SQE基因的同源序列设计简并引物,以太子参块根总RNA为模板,RT-PCR结合RACE技术克隆太子参SQE1基因的全长c DNA,并进行生物信息学分析。利用农杆菌叶盘转化法将SQE1基因转化烟草,研究其对烟草总三萜量的影响。结果获得太子参SQE1基因全长c DNA序列2 038 bp,该序列包含1 554 bp的开放阅读框,编码517个氨基酸,相对分子质量为5.67×104,等电点为8.8,与其他药用植物的SQE蛋白具有较高的同源性,含有FAD结合结构域和4个跨膜区域,转太子参SQE1基因的烟草的总三萜量明显高于非转基因植株。结论首次克隆获得太子参SQE1基因的全长c DNA,该基因的异源表达可一定程度提高转基因植物的总三萜量,为阐明与应用太子参三萜类成分生物合成途径提供科学依据。     

岗梅全长转录组测序及其三萜皂苷生物合成相关基因的挖掘

目的:获得岗梅全长转录组数据库,为深入挖掘岗梅功能基因奠定基础。方法:采用基于PacBio Sequel平台的单分子实时测序技术获取岗梅的根、茎、叶样品的转录组数据,并利用非冗余蛋白(NR)、核苷酸序列(NT)、SwissProt蛋白序列数据库、京都基因与基因组百科全书(KEGG)、真核生物相邻类的聚簇(KOG)、蛋白家族(Pfam)、基因本体(GO)进行注释,分析并鉴定编码三萜皂苷生物合成的关键酶的转录本。结果:全长转录组共获得89629个转录本,其中81313个在公共数据库进行了注释。KEEG代谢通路富集分析表明,623个转录本参与岗梅中三萜皂苷合成相关的3条代谢通路,其中263个转录本编码了三萜皂苷生物合成途径的21个关键酶。此外,还预测了2471个转录因子、40421个简单重复序列位点、22119个长链非编码RNA(lncRNA)和29131个mRNA。结论:丰富了岗梅的转录组数据,并为鉴定参与三萜皂苷和其他次生代谢物生物合成的候选基因提供参考,促进其分子生物学和基因组学的研究。     

建泽泻鲨烯合酶基因克隆及其生物信息学分析

目的 对建泽泻原萜烷型三萜类成分生物合成关键酶鲨烯合酶(squalene synthase,SS)进行基因全长的克隆和生物信息学分析.方法 以建泽泻总RNA为模板,运用同源克隆法和RACE技术克隆建泽泻SS基因的cDNA全长,并通过DNAMAN软件及ExPASy在线分析等方法对其进行生物信息学研究.结果 获得建泽泻SS基因全长cDNA,GenBank注册号为JX866770,序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长为1577bp,包含一个长1230bp的开放阅读框架,编码409个氨基酸的蛋白,与其他药用植物具有较高的同源性.预测该蛋白的相对分子质量为4.68×104,等电点为5.97,无信号肽,包含2个富含天冬氨酸(DXXDD)的保守功能域.结论 首次克隆获得建泽泻SS基因的全长cDNA,为泽泻原萜烷型三萜类成分生物合成途径阐明与生物工程应用提供科学依据.     

刺五加法尼基焦磷酸合酶基因的克隆、 生物信息学及表达分析

目的:克隆刺五加的法尼基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)基因,并对其进行生物信息学和表达分析.方法:采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加FPS基因的全长cDNA序列.运用生物信息学方法对该基因进行分析,预测其编码蛋白的结构与功能.并通过RT-PCR法检测FPS在不同器官中的表达情况.结果:刺五加FPS基因的cDNA全长为1 499 bp,开放阅读框长1 029 bp,编码342个氨基酸的蛋白,包含2个富含天冬氨酸(DDXXD)的保守功能域.FPS蛋白无跨膜区域,定位于细胞质中.RT-PCR的结果显示,刺五加FPS基因在各器官中均有表达,但表达最具有显著差异(P＜0.05).结论:首次分离并报道了刺五加FPS的cDNA克隆,并证实其在不同器官中的表达量不同,为进一步研究FPS对刺五加皂苷合成的影响和表达调控奠定了基础.     

刺五加钙调蛋白基因的克隆及内生真菌对其表达的影响

目的:克隆刺五加的钙调蛋白(calmodulin,CaM)基因,并分析内生真菌对其表达的影响。方法:采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加CaM基因的全长cDNA序列。通过RT-PCR法检测可显著提高刺五加皂苷含量的内生真菌菌株P116-1a,P116-1b,P109-4,P312-1对CaM表达的影响。结果:刺五加CaM基因的cDNA全长为856 bp,开放阅读框长450 bp,编码149个氨基酸的蛋白,与人参Panax ginseng和胡萝卜Daucus carota等物种的CaM同源性均高达100%。RT-PCR的结果显示,内生真菌可显著提高刺五加CaM基因的表达量(P<0.05),最大表达量出现在菌株P109-4回接90 d时,达对照的2.96倍。结论:首次克隆并报道了刺五加CaM的cDNA全长序列,并证实内生真菌可显著提高刺五加CaM基因的表达量,为阐明内生真菌提高刺五加三萜皂苷含量的机制奠定了基础。     

金铁锁PtCYP450基因的克隆及原核表达

目的:从金铁锁Psammosilenetunicoides W.C.Wu et C.Y.Wu中克隆细胞色素PtCYP450酶基因,进行序列分析和原核表达。方法:根据已获得的金铁锁转录组数据,设计PtCYP450基因全长扩增引物,利用RT-PCR方法获得金铁锁PtCYP450基因的全长cDNA序列,并进行TA克隆、测序及序列分析;构建金铁锁PtCYP450-03基因的原核表达载体pEASY-E1-CYP450,转入BL21(DE3)Chemically Competent Cell中,在Art Media~(TM)Protein Expression培养基中进行蛋白表达。结果:获得全长1612 bp的金铁锁CYP450 c DNA,其开放阅读框(ORF)为1560 bp,编码519个氨基酸;序列分析及系统发育分析表明,PtCYP450基因属于CYP710家族成员。构建了p EASY-E1-CYP450重组质粒,获得稳定的原核表达体系,SDS-PAGE结果表明所表达的蛋白与预测的蛋白大小一致。结论:成功克隆了金铁锁PtCYP450基因,构建了稳定的pEASY-E1-CYP450原核表达体系,为进一步研究金铁锁中三萜皂苷合成代谢途径及其关键酶表达模式奠定基础。     

北柴胡UGT基因的克隆及其过量表达和RNAi转基因载体的构建

目的:克隆北柴胡中可能参与柴胡皂苷生物合成的UGT基因,构建其过表达和抑制表达的转基因载体,为通过转基因验证其功能奠定基础。方法:在454高通量测序已获得部分cDNA序列基础上,通过RACE和LD-PCR方法扩增全长cDNA克隆。设计含有酶切位点的PCR引物,PCR扩增UGT基因的ORF和部分片段后,酶切,分别插入到pCAMBIA-SUPER1 300和pHANNIBAL中。重组的pHANNIBAL经Not I酶切后插入到pART27中。最终以构建出过表达和抑制表达的转基因载体。结果:扩增到了北柴胡1个UGT基因全长cDNA克隆,构建了这一基因的过表达和抑制表达转基因载体。结论:通过UGT基因的全长cDNA克隆和转基因载体构建,为后续开展转基因研究,验证其生物功能奠定了基础。     

金铁锁FPS基因的克隆及表达分析

目的从金铁锁Psammosilene tunicoides W.C.Wu et C.Y.Wu中克隆三萜皂苷合成途径中的关键酶法尼基焦磷酸合酶基因FPS,进行序列特征分析和不同组织中的表达情况。方法根据已获得的金铁锁转录组数据,设计FPS基因全长扩增引物,利用RT-PCR方法获得金铁锁FPS基因的全长c DNA序列,并进行TA克隆、序列分析及原核表达;并设计Real-time PCR扩增引物,测定FPS在不同组织中的表达量。结果 FPS c DNA全长1135bp,开放阅读框1029bp,编码342个氨基酸;构建了p EASY-E1-FPS重组质粒,获得稳定的原核表达体系。Real-time PCR结果表示FPS基因在根中的表达量高于叶和茎。结论成功克隆了金铁锁FPS基因,构建了稳定的p EASY-E1-FPS原核表达体系,FPS基因的表达分析表明,FPS在金铁锁不同组织均有表达,根中表达量最高。为进一步研究金铁锁中三萜皂苷合成代谢途径及其关建酶表达模式奠定基础。     

金铁锁β-香树素合酶cDNA的克隆、原核表达和功能鉴定

目的 克隆金铁锁Psammosilene tunicoides三萜皂苷生物合成途径中的关建酶基因——β-香树素合酶全长cDNA,并对其进行表达和分析,为研究其在三萜皂苷合成途径的关键作用及次生代谢产物工程技术在金铁锁上的应用奠定基础。方法 应用RT-PCR和RACE等方法,克隆金铁锁β-香树素合成酶基因全长,将目的片段转化大肠杆菌表达菌株BL21中,IPTG诱导表达,以2,3-氧化鲨烯为底物进行体外酶促,采用HPLC法鉴定产物。结果 克隆得到金铁锁β-香树素合成酶基因,全长2 882 bp,ORF长2 284 bp,编码760个氨基酸。表达产物具有催化2,3-氧化鲨烯生成β-香树素合酶的活性。结论 克隆所得的全长cDNA通过大肠杆菌表达β-香树素合酶,并能催化2,3-氧化鲨烯生成β-香树素,为金铁锁次生代谢工程研究提供了重要的基础。     

广佛手UDP-鼠李糖合成酶基因的克隆及功能鉴定

目的对广佛手Citrus medica var.sarcodactylis中参与合成UDP-鼠李糖的UDP-鼠李糖合成酶(UDP-rhamnose synthase,RHM)基因进行全长cDNA克隆、功能鉴定及差异表达分析。方法基于广佛手转录组数据,筛选和克隆广佛手鼠李糖合成酶基因(CmRHM1)的全长cDNA,并对其进行生物信息学分析;构建原核表达载体,通过体外酶促反应鉴定CmRHMl的功能;利用实时荧光定量PCR分析广佛手不同器官中CmRHM1基因的表达特性。结果CmRHM1基因的开放阅读框(ORF)长度为2007 bp,编码668个氨基酸。该基因编码蛋白的相对分子质量为75 330、理论等电点是6.97,为亲水蛋白,无信号肽。多重序列比对显示CmRHMl在序列的N-端和C-端均含有高度保守的2个结构域(GxxGxxG/A和YxxxK)。体外酶促反应结果表明CmRHMl蛋白具有催化UDP-Glc合成UDP-Rha的功能。实时荧光定量结果显示该基因在广佛手的茎、叶和果实中的表达水平依次为叶果实茎。结论CmRHM1基因的功能鉴定为UDP-鼠李糖及鼠李糖糖苷的生物合成奠定了物质基础。     

滇重楼甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶基因的分子克隆与分析

目的皂苷是滇重楼的主要药效成分,获取滇重楼皂苷合成途径中关键基因(MVD)的cDNA全长序列,并对该序列进行生物信息学及表达量分析。方法通过同源克隆法得到滇重楼MVD cDNA的保守片段,利用RACE技术获得MVD c DNA全长序列,命名为PpMVD,并进行生物信息学分析,通过实时荧光定量(RT-PCR)法检测PpMVD在滇重楼不同组织中的表达情况。结果 PpMVD基因cDNA全长1 583 bp,开放阅读框(ORF)长1 269 bp,编码422个氨基酸,该蛋白质的相对分子质量为46 820,等电点为5.69,不稳定指数为45.40;滇重楼Pp MVD蛋白质二级结构中含有159个α-螺旋,占37.68%;19个β折叠,占4.50%;69个延伸链,占16.35%;175个无规卷曲,占41.47%;该蛋白没有跨膜螺旋区,且不存在信号肽,其全部氨基酸都位于细胞膜表面;该基因包含MVD1-Superfamily家族的保守结构域,属于GHMP激酶蛋白家族成员;RT-PCR结果显示,滇重楼PpMVD基因在种子、叶片、茎和块茎中均有表达,但表达量呈显著差异(P0.05),由高到低依次为块茎叶片种子茎,其中主要药用组织块茎中表达量最高,为最低表达量(茎)的3.3倍。结论首次克隆了滇重楼Pp MVD cDNA全长序列,并检测了该基因在滇重楼各组织中的表达量,为进一步研究Pp MVD基因在提高皂苷生物合成过程中的影响提供了基础,并对重楼药用资源的可持续利用提供了支持。     

红树林植物杯萼海桑法呢基焦磷酸合酶的基因克隆及序列分析

目的 对杯萼海桑Sonneratia alba萜类化合物生物合成途径的关键酶法呢基焦磷酸合成酶(Farnesyl pyrophosphate synthase,FPS)基因的编码cDNA序列进行克隆,为研究杯萼海桑萜类化合物生物合成与基因调控奠定基础.方法 结合杯萼海桑根的转录组注释,根据编码区序列设计引物,通过PCR方法克隆杯萼海桑FPS (SaFPS)基因的编码区cDNA.结果 PCR扩增了一个长1 029 bp的基因片段,该片段编码由342个氨基酸组成的SaFPS.同源性比对结果显示基因编码蛋白与甘草的FPS具有氨基酸一致性达86％.其具有异戊烯基转移酶的2个典型保守功能域.进化树分析结果显示,与甘草Glycyrrhiza uralensis、苜蓿Medicago truncatula、羽扇豆Lupinus albu具有较近的亲缘关系.实时荧光定量PCR结果显示SaFPS基因在花中表达量较高,果实、茎、叶中表达量相对较低.结论 首次从红树林植物杯萼海桑中克隆FPS基因获得其编码区序列,SaFPS基因具有组织表达特异性.本研究为分析基因表达特性及其在生物合成中的功能奠定基础.