颠茄托品烷生物碱合成途径基因表达分析与生物碱积累研究

托品烷类生物碱（tropane alkaloids,TAs）是临床上广泛使用的抗胆碱药物,颠茄是药典收录的TAs最主要的商业栽培药源植物。基于颠茄转录组测序数据构建TAs合成途径中9个结构基因（ODC,ADC,AIH,CPA,SPDS,PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ）UniGene序列的数字表达谱,采用qPCR对其中4个已报道基因（PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ）的表达水平进行验证分析,同时采用HPLC测定不同组织中TAs含量。数字表达谱分析结果表明4个TAs上游合成途径基因（ODC,ADC,AIH,CPA）和2个支路途径基因（SPDS,TRⅡ）在颠茄各器官中均有表达,但在须根中高水平表达;3个TAs合成途径特异的结构基因PMT,CYP80F1和H6H均只在须根中大量表达,主根中其次。qPCR检测PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ的表达结果与数字表达谱基本一致,但PMT,CYP80F1,H6H在主根中表达量很低。莨菪碱质量分数在嫩茎中最高（3.364 mg·g^-1）,幼叶,根,幼果和果萼中其次（分别为1.526,1.598,1.271,1.413 mg·g^-1）;东莨菪碱质量分数在果萼中最高（1.003 mg·g^-1）,嫩茎和幼叶（分别为0.600,0.601 mg·g^-1）中其次;2种生物碱在老茎（莨菪碱0.283 mg·g^-1,东莨菪碱0.043 mg·g^-1）和老叶（莨菪碱0.313 mg·g^-1,东莨菪碱0.080 mg·g^-1）中质量分数均为最低。该研究结果表明须根是颠茄TAs 生物合成主要器官,而地上幼嫩组织是TAs主要存贮积累器官,TAs合成后存在转运过程。PMT下游基因均只在须根中表达,筛选颠茄须根的转录组数据库就可能为解决该途径中不清晰的合成步骤和相关转录调控因子提供有力的帮助。     

盐胁迫下外源NO对颠茄氮代谢及次生代谢调控的研究

以颠茄幼苗为实验材料,采用土培法种植,向叶面喷施不同浓度(0,0.05,0.1,0.2,0.5 mmol· L-1) NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP),研究在100 mmol·L-1 NaCl胁迫下不同浓度SNP、不同处理时间(4,8,12,16 d)对颠茄氮代谢、次生代谢产物含量以及...     

托品烷生物碱生物合成与代谢工程研究进展

托品烷生物碱是医药史上最古老的一类药物,常用的有莨菪碱（或其外消旋体阿托品）和东莨菪碱,它们都具有显著的抗胆碱活性,在现代临床上应用相当广泛。目前,市场上托品烷生物碱的供应完全依赖植物提取,但药源植物中生物碱含量往往较低,培育高含量托品烷生物碱的药源植物成为领域内共同追求的目标,利用生物技术提高发根或植株中托品烷生物碱含量成为次生代谢领域的研究热点。近10年来,托品烷生物碱的生物合成分子生物学研究取得了重要进展,代谢工程也获得了大量研究成果,本文对这两方面的研究进展进行综述,并对存在的关键问题和未来研究方向进行分析和展望。     

诱导子对颠茄毛状根有效成分及代谢关键酶基因表达的影响

目的提高药用植物颠茄Atropa belladonna有效成分的产量,为颠茄在实际生产中提供经济高效的处理方法,为相关药用植物次生代谢的机制研究提供基础性参考。方法通过向培养基中添加4种不同诱导子,包括茉莉酸甲酯(MJ)、硝酸银(AgNO_3)、水杨酸(SA)、酵母提取物(YE),研究诱导子对颠茄毛状根有效成分的积累及代谢途径中的关键酶基因1,4-丁二氨-氮-甲基转移酶(putrescine N-methyl transferase,pmt)基因、托品酮还原酶-I(tropinone reductase-I,tr I)基因和莨菪碱6-β-羟化酶(hyoscyamine-6-β-hydroxylase,h6h)基因表达的影响。实验将0.5 g新鲜颠茄毛状根接种于盛有B5液体培养基的三角瓶中,暗培养12 d后,将培养基更换为含有诱导子的4种新培养基,相同条件下再培养2 d后采集毛状根样品,测定每瓶毛状根的鲜质量、干质量、部分生理指标、托品烷类生物碱的量及3种关键酶基因的表达量。结果 MJ抑制了颠茄毛状根的生长及托品烷类生物碱的产生,pmt、trI基因的表达量与对照组相比也有所下降;AgNO_3虽然抑制了毛状根的生长,但却显著提高了托品烷类生物碱的含量,同时pmt、trI、h6h基因的表达量均升高;SA对颠茄毛状根的生长影响不显著,但使东莨菪碱的含量提高;YE对颠茄毛状根的生长及托品烷类生物碱的含量均有促进作用,pmt、trI、h6h基因的表达量也相应升高。结论 AgNO_3是提高颠茄毛状根中托品烷类生物碱含量的最佳诱导子,YE在促进颠茄毛状根生长的同时也可促进其次生代谢。推断诱导子通过调控某种或某几种关键酶基因的表达来影响生物碱的代谢合成,为生产中提高颠茄毛状根药用成分含量提供了可参考的方法。     

白花丹参丙酮酸脱羧酶基因的克隆和表达分析

目的 获得白花丹参丙酮酸脱羧酶(SmPDC)全长基因,分析该基因在白花丹参不同组织部位,以及缺氧胁迫处理后的该基因表达差异.方法 利用cDNA文库筛选获得SmPDC基因全长,利用半定量RT-PCR,分析SmPDC基因在白花丹参不同部位的表达情况,及缺氧处理条件下的表达情况.结果 获得的SmPDC基因由2 190个核苷酸组成,编码605个氨基酸,蛋白相对分子质量药6.485×104,等电点pI 5.49;半定量RT-PCR检测,该基因在丹参的根中表达量最高,其次是茎和叶;缺氧胁迫处理会诱导该基因的表达,随胁迫时间延长表达量逐渐增加.结论 白花丹参SmPDC基因是PDC家族新成员,其功能与植物耐缺氧代谢途径有关.     

颠茄AbCYP80F1基因的克隆与功能分析

目的克隆颠茄Ab CYP80F1基因和启动子序列,分析启动子上与调控信号和转录因子相关的调控元件,研究Ab CYP80F1基因超表达对颠茄发根中东莨菪碱积累的影响。方法以莨菪CYP80F1为探针,在颠茄转录组中进行Blastn检索获得同源的unigene。采用RACE技术克隆Ab CYP80F1全长,热不对称PCR技术克隆启动子序列,发根农杆菌浸染法获得超表达AbCYP80F1基因的颠茄发根,对培养的发根中东莨菪碱含量进行HPLC分析。结果克隆得到1 675 bp的全长Ab CYP80F1基因,其编码蛋白与铃铛子的CYP80F1亲缘关系最近。基因上游2 000 bp启动子上包含的顺式作用元件涉及光、无氧、生长素、茉莉酸、赤霉素和低温信号响应,同时包含有MYB、AP2/ERF、WRKY和bHLH转录因子的识别位点。超表达Ab CYP80F1基因使颠茄发根中东莨菪碱含量平均提高了1.8倍。结论 AbCYP80F1是颠茄须根特异性表达的合成途径基因,超表达能提高终产物东莨菪碱含量,Ab CYP80F1可能受到WRKY和bHLH转录因子的调控。     

托品烷类生物碱生物合成分子生物学与代谢工程

莨菪碱和东莨菪碱属于托品烷类生物碱,是重要的抗胆碱类药物。托品烷类生物碱生物合成分子生物学和代谢工程一直是植物次生代谢工程研究的热点。随着植物功能基因组学和代谢组学的发展,托品烷类生物碱生物合成研究取得重要进展。重点对托品烷类生物碱生物合成途径、功能基因和代谢工程研究进展进行综述,并对可能存在的问题以及应用前景进行展望。     

地黄酪氨酸脱羧酶基因的克隆与表达分析

酪氨酸脱羧酶TyDC是植物次生代谢的催化酶,在苯乙醇苷类成分的生物合成中发挥重要作用。根据地黄转录组数据,克隆了地黄酪氨酸脱羧酶基因RgTyDC的全长cDNA序列(GenBank登录号KU640395),并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在地黄不同组织及4种诱导子处理后毛状根中的表达量。结果表明,RgTyDC ORF为1 619 bp,编码509个氨基酸,相对分子质量为56.6 kDa,等电点pI 6.25。RgTyDC与芝麻酪氨酸脱羧酶SiTyDC和猴面花酪氨酸脱羧酶EgTyDC的同源性最高,均为88%。RgTyDC基因在叶片(尤其是衰老的叶片)中表达量较强,在块根中表达量较低。SA和MeJA处理后显著上调表达。这为进一步研究RgTyDC在地黄苯乙醇苷类成分生物合成中的分子功能奠定基础。     

灵芝精氨酸甲基转移酶基因鉴定及表达分析

目的:在灵芝转录组基础上,对灵芝蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMTs)GLPRMT1,GLPRMT2和GLPRMT3基因进行全面的生物信息学分析。方法:利用生物信息学方法对灵芝GLPRMT1,GLPRMT2和GLPRMT3基因编码氨基酸序列的理化特性、亲/疏水性、功能域、二级结构、三级结构和系统发育进化等进行分析和预测;利用转录组FPKM分析灵芝不同生长时期GLPRMT1,GLPRMT2和GLPRMT3基因的相对表达量。结果:GLPRMT1和GLPRMT2均具有完整的开放阅读框且为全长,而GLPRMT3不为全长互补脱氧核糖核酸;GLPRMT1,GLPRMT2和GLPRMT3都具有蛋白质精氨酸甲基转移酶最保守的Ado Met-MTases结构域;GLPRMT1,GLPRMT2,GLPRMT3分别与真菌的PRMT3家族,PRMT1家族和PRMT5家族聚为一支;GLPRMT2的表达量明显高于GLPRMT1和GLPRMT3,且3个蛋白质精氨酸甲基转移酶基因表达随着灵芝个体的发育均呈上升趋势。结论:本研究结果为揭示灵芝的表观调控机制提供理论基础。     

含颠茄生物碱中药及其制剂与西药的配伍禁忌

含颠茄生物碱的中药有洋金花、天仙子、曼陀罗、颠茄、华山参等,均属于茄科植物,含莨菪碱、山莨菪碱、阿托品、樟柳碱等成分。含有颠茄生物碱的中成药有天仙子注射液、洋金花酊、莨菪浸膏、曼陀罗浸膏、复方百部平喘片、华山参片等。现将含颠茄生物碱中药及其制剂与西药的配伍禁忌分析如下。     

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。     

红花bZIP20转录因子基因的克隆、表达分析及植物表达载体构建

目的克隆红花花瓣中b ZIP20(Basic region/leucine zipper motif)基因,研究其在不同组织中的表达量并构建其植物表达载体。方法根据红花转录组测序结果挑选b ZIP基因的设计引物,以红花花瓣总RNA为模板,采用RT-PCR法扩增b ZIP20基因开放阅读框(ORF)片段,利用RT-PCR法分析在红花不同组织以及尖孢镰刀菌侵染后红花根部b ZIP20基因的表达量,同时构建植物表达载体p BASTA-b ZIP20。结果 b ZIP20基因ORF长981 bp,编码326个氨基酸(Gen Bank登录号为KT692605)。红花b ZIP20与其他物种氨基酸具有一定的同源性,其与芝麻、野茶树的氨基酸序列相似性高达85.41%和83.99%。实时荧光定量PCR分析表明,b ZIP20基因在不同组织中的表达水平具有显著差异,在花中呈现高表达,而在其他组织中低表达。接种尖孢镰刀菌的红花根部组织中b ZIP20基因的表达显著上调。结论成功地对b ZIP20基因进行克隆及表达分析,并构建植物表达载体p BASTA-b ZIP20。     

掌叶大黄RpNAC1基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

目的 克隆掌叶大黄Rheum palmatum转录因子基因RpNAC1,进行生物信息学、亚细胞定位及表达模式分析。方法 根据转录组中一个NAC unigene,利用RT-PCR克隆开放阅读框（open reading frame,ORF）。通过生物信息软件预测基因编码蛋白的理化性质、结构域等分子特征。采用DNAStar 6.0和MEGA 7.0分别进行氨基酸序列比对和进化分析。构建绿色荧光蛋白（GFP）融合表达载体,以农杆菌侵染烟草叶片的瞬时表达法分析亚细胞定位。运用qRT-PCR检测基因表达模式。结果 分离到RpNAC1基因,ORF（1269 bp）,编码一个由422个氨基酸组成的蛋白质,相对分子质量47 070,等电点5.80,包含一个保守NAC结构域（32～181）,与多种植物NAC蛋白一致性较高（62.42%～88.7%）,聚在植物NAC分子进化树的NAC2分支,与甜菜NAC（XP_010694507）亲缘关系较近。RpNAC1-GFP融合蛋白定位在烟草细胞核内。RpNAC1基因在一年生植株根中表达量最高,根茎中表达量最低,相对表达量分别为叶中的5.37、0.012倍;该基因响应200 μmol/L赤霉素（gibberellin,GA3）处理后在24 h内总体上调,200 μmol/L茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）处理1 h和12 h基因显著上调,200 μmol/L水杨酸（salicylic acid,SA）处理12 h显著诱导基因表达,200 μmol/L脱落酸（abscisic acid,ABA）处理抑制基因表达,200 μmol/L乙烯（ethylene,ET）处理未见明显变化。结论 获得掌叶大黄RpNAC1基因序列及表达特征,为进一步研究其在蒽醌类成分合成与积累中的转录调控作用提供支撑。     

青天葵中SKP1同源基因的克隆及原核表达

目的 从青天葵Nervilia fordii克隆SKP1的同源基因NSKs,并对编码的蛋白进行生物信息学分析及原核表达,为了深入研究青天葵中SCF复合体的功能奠定基础.方法 从青天葵转录组中筛选得到5条SKP1同源基因序列(NSK2、NSK3、NSK5、NSK7、NSK11),构建pGEX-4T-NSKs原核表达载体于...     

刺五加MDD基因启动子的克隆与生物信息学分析

目的克隆并分析刺五加甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MDD)基因的启动子序列。方法根据刺五加MDD基因的c DNA序列,采用PCR扩增和热不对称交错PCR(TAIL-PCR)技术,克隆MDD基因5’端的DNA序列及启动子序列。利用Plant CARE等软件对其进行生物信息学分析。结果克隆得到长1 423 bp的刺五加MDD基因启动子序列及长1 024 bp的5’端DNA序列。该启动子序列含有49个TATA-box、25个CAAT-box。还含有脱落酸响应元件、茉莉酸甲酯响应元件、胚乳表达必须顺式作用元件、干旱胁迫响应元件、光响应元件等多种顺式作用元件,以及2个MYBHv1与2个MBY结合位点。结论首次克隆并分析了刺五加MDD基因的启动子序列,为该基因的表达调控奠定了基础。     

布渣叶查耳酮合酶基因全长cDNA克隆及其表达模式分析

目的克隆布渣叶查耳酮合酶基因(Mp CHS)全长c DNA,并对其在不同部位和不同生长阶段叶片中的表达模式进行分析。方法以布渣叶叶片总RNA逆转录合成c DNA为模板,根据其转录组数据设计特异引物序列,PCR扩增Mp CHS基因全长c DNA,经质粒连接、转化、扩培,挑选阳性克隆测序、分析并构建原核表达载体。同时,采用实时荧光定量PCR(RT-q PCR)对Mp CHS基因的表达模式进行分析。结果成功克隆得到Mp CHS基因全长c DNA(Gen Bank:KY472608)。生物信息学分析表明其开放阅读框为1 176 bp,编码含391个氨基酸的蛋白,其相对分子质量为42 700,理论等电点6.11,具有CHS家族蛋白3个保守的功能活性位点(165 C、304 H和337 N)和特征多肽标签序列RLMMYQQGCFAGGTVLR和GVLFGFGPGL。系统进化树分析发现Mp CHS与可可、陆地棉等木本植物的亲缘关系比较近。RT-q PCR结果表明,Mp CHS基因在不同部位均有表达,在叶片中的表达量随着生长过程逐步降低。结论首次克隆得到Mp CHS基因,并分析了Mp CHS基因在布渣叶不同部位和不同生长阶段叶片中的表达模式,为Mp CHS基因的原核表达和功能验证奠定了基础,也为进一步解析布渣叶黄酮类生物合成途径提供了参考。