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。     

菊花脑芳樟醇合酶基因CnTPS1的克隆与原核表达分析＊

目的 克隆菊花脑芳樟醇合酶基因CnTPS1的全长编码序列，利用原核系统表达融合蛋白，为进一步研究该基因在菊花脑萜类合成中的功能提供理论依据。方法 以菊花脑基因组数据为基础，设计特异性引物，PCR扩增CnTPS1的全长编码序列，利用生物信息学分析软件分析序列特征。利用qRT-PCR技术分析CnTPS1基因在不同组织中的基因表达量。构建原核表达载体，体外诱导目的蛋白表达。结果 CnTPS1编码序列全长1749bp，编码582个氨基酸；基因表达模式分析表明该基因在茎和管状花中表达量较高；原核表达系统能诱导出67.58kDa大小的蛋白。结论 首次从菊花脑中克隆得到一个芳樟醇合酶基因CnTPS1，运用生物信息学方法对其编码蛋白的理化性质、结构特征等进行了分析预测，分析了该基因的组织表达模式，并在原核表达系统中成功诱导表达出目标蛋白，这些结果将为菊花脑萜类合酶基因的功能以及萜类物质生物合成途径的解析提供理论依据。     

丹参转录因子SmbHLH93的克隆及表达模式分析

目的 克隆丹参碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)类转录因子SmbHLH93,并初步探究该基因的功能.方法 采用PCR和RT-PCR技术分别从DNA和cDNA水平克隆得到了SmbHLH93基因,进一步通过BD Walking获得了该基因的5'启动子区.生物信息学分析SmbHLH93蛋白的理化性质、结构特点和系统进化关系.结合启动子区分析软件和qPCR,研究SmbHLH93在丹参不同部位和环境诱导下的表达模式.结果 获得SmbHLH93基因序列954 bp和5'启动子区1 583 bp,其中开放阅读框(ORF)657 bp,有3个内含子和4个外显子,编码218个氨基酸,含有bHLH和ACT_UUR-ACR-like结构域,无跨膜区域,可能定位于细胞核.表达模式分析结果显示该基因的表达量在根中最高,茎中最低,且随着花的形成逐渐降低.光和低温诱导SmbHLH93的高表达,而水杨酸(SA)抑制其表达.结论 克隆得到丹参bHLH类转录因子新成员SmbHLH93,初步预测其参与了丹参花的发育过程和丹参次生代谢途径的调控.     

龙骨马尾杉PcFPS1基因克隆及序列分析

目的 对龙骨马尾杉Phlegmariurus carinatus法呢二磷酸合成酶（Farnesyl diphosphate synthase,FPS）基因PcFPS1编码区进行克隆及序列分析。方法 根据已获得的龙骨马尾杉转录组数据,从中获得1条编码FPS的转录本,采用RT-PCR方法获得PcFPS1的编码区序列,并对PcFPS1蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析。结果 序列分析表明,所克隆的PcFPS1基因编码区长为1 119 bp,编码372个氨基酸残基,PcFPS1与挪威云杉Picea abies的FPS具有70%的序列相似性。生物信息学预测PcFPS1蛋白基本不含跨膜区,具有萜类合酶保守结构域,不含信号肽。结论 首次获得龙骨马尾杉PcFPS1基因的编码区序列,为进一步研究PcFPS1在石杉科植物萜类及甾醇类化合物生物合成途径中的功能及鉴定酶活性位点奠定基础。     

西伯利亚白刺L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶基因克隆与序列分析

目的 克隆西伯利亚白刺Nitraria sibirica维生素C合成过程中L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶（L-galactose-1-phosphate phosphatase,GPP）编码基因。方法 利用生物信息学方法对西伯利亚白刺三代转录组数据进行分析,共鉴定出2个GPP基因,并从西伯利亚白刺中成功克隆得到2条NsGPP基因序列,进一步利用生物信息学方法对其理化性质、蛋白结构、保守序列以及系统进化等进行分析,并结合RNA-seq数据分析其在盐胁迫下的表达模式,利用qRT-PCR实验检测其在不同组织中的表达水平。结果 从西伯利亚白刺中成功鉴定克隆出2个NsGPP基因,2个NsGPP基因所编码蛋白均含有保守的FBPase/IMPase/glpX-like（FIG）结构域,且与其他植物GPP蛋白具有较高的相似性。利用多个物种的GPP蛋白序列构建系统进化树,结果显示西伯利亚白刺与灌木或半木质化草本植物亲缘关系更近。Motif分析发现NsGPP蛋白与拟南芥等GPP蛋白较为相似,但也存在差异,并且2个NsGPP蛋白之间也存在差异。此外,NsGPP1与NsGPP2的蛋白三维结构之间也存在微小差别。RNA-seq分析表明,不同浓度NaCl处理下,NsGPP1的表达逐步升高的趋势,而NsGPP2的表达量则较低,且在盐胁迫后其表达水平逐渐降低。qRT-PCR实验结果显示,白刺GPP基因的表达存在组织表达特异性,且在同一组织中NsGPP1的表达水平显著高于NsGPP2。结论 从西伯利亚白刺中成功克隆到2个NsGPP基因,其编码蛋白均含有保守的FIG结构域,且与拟南芥等草本植物的GPP蛋白更为相似。NsGPP基因在不同组织中表达水平具有显著差异,其中NsGPP1可能参与西伯利亚白刺维生素C生物合成并参与白刺抵抗盐胁迫。为进一步解析白刺维生素C生物合成以及耐盐分子机制提供了理论依据。     

铁皮石斛镁离子转运蛋白基因的克隆及表达分析

目的 克隆珍稀濒危兰科药用植物铁皮石斛镁离子转运蛋白(magnesium transporter,MGT)基因(DoMGT1)并进行生物信息学和表达分析.方法 采用RT-PCR和RACE技术,获得基因cDNA全长;利用生物信息学软件预测蛋白的理化性质、结构域及亚细胞定位等分子特征;用DNASTAR 6.0和MEGA 4.0分别进行氨基酸多序列比对和进化关系分析;借助实时定量PCR(qPCR)检测基因表达模式.结果 克隆到DoMGT1(GenBank注册号KJ995532),cDNA全长1 625 bp,编码一条由425个氨基酸组成的肽链,相对分子质量47 400,等电点4.79;DoMGT1蛋白含有CorA家族镁离子转运蛋白保守结构域(313～420)和镁离子转运蛋白MRS2/LPE10保守域(27～420);DoMGT1与多种植物MGTs基因一致性为46%～63%,编码蛋白与水稻OsMGTD、OsMGTE、OsMGTF等聚在一起,与AtMGT4共同构成植物MGTs基因的一大类群;DoMGT1基因转录本在石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,叶中相对表达量较高,为根中的3.46倍;茎次之,为根的1.54倍.结论 成功克隆到一个镁离子转运蛋白基因DoMGT1,其转录本在叶中高的表达特征暗示该基因可能在铁皮石斛叶的生长发育中发挥重要作用.     

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。     

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。     

芍药肌动蛋白基因组DNA的克隆及分析

目的 克隆芍药Paeonia lactiflora肌动蛋白（Actin）基因组DNA序列并解析基因结构,分析Actin基因在芍药不同组织中的表达情况。方法 根据本课题组报道的芍药Actin基因cDNA序列（JX310002）设计特异性引物,以芍药栽培品种“桃花飞雪”总DNA为模板,用KOD-Plus高保真DNA聚合酶扩增芍药Actin基因组基因,克隆PCR产物并进行测序。应用生物信息学软件预测芍药Actin基因的外显子及内含子,基于Blastn程序分析芍药Actin基因在核苷酸水平上的同源性,应用MEGA5.0软件构建分子系统进化树;设计跨越内含子的半定量RT-PCR扩增引物,分析芍药Actin基因在芍药根、茎、叶、花中的表达情况。结果 测序结果表明芍药Actin基因组DNA序列全长1 405 bp,含4个外显子和3个内含子,3个内含子中共6个剪接位点均遵循高等真核生物5’端供位GU与3’端受位AG模式;共编码377个氨基酸,GenBank登录号为KF363830。设计了一对半定量RT-PCR扩增引物,其中上游引物跨越了芍药Actin基因的第1个内含子,可有效防止由DNA 污染而造成RT-PCR扩增的假阳性;半定量RT-PCR分析结果表明Actin基因在芍药根、茎、叶、花等不同组织中的表达量保持恒定。结论 首次克隆了芍药Actin基因组DNA序列并明确了其基因结构,半定量RT-PCR分析结果表明Actin基因可以作为芍药功能基因表达分析的内标基因。     

白花前胡CAL基因的克隆和原核表达分析

目的 克隆得到白花前胡花发育关键基因CAULIFLOWER（CAL）并对其进行原核表达和基因表达分析。方法 根据白花前胡转录组数据中的基因序列信息，通过逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）从白花前胡中克隆CAL基因，命名为PpCAL1和PpCAL2。构建原核表达载体pET-32a-PpCAL1和pET-32a-PpCAL2，并转化至大肠埃希菌Transetta（DE3）进行诱导表达。运用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析抽薹开花前后白花前胡不同组织的基因相对表达量。结果 PpCAL1和PpCAL2的开放阅读框（ORF）长度分别为645、738 bp，分别编码214、245个氨基酸。结构功能域分析表明，PpCAL1和PpCAL2蛋白都具有MADS_MEF2_like和K-box保守结构域。原核表达结果显示，异丙基-β-D-硫代半乳糖苷可成功诱导目的蛋白表达。系统进化树分析显示，白花前胡PpCAL1与胡萝卜DcCAL聚为一支，白花前胡PpCAL2与橡胶树HbCAL聚为一支。基因表达结果显示，PpCAL1和PpCAL2在不同组织中均在开花后表达量上调。结论 克隆并分析白花前胡PpCAL1和PpCAL2基因，为进一步研究白花前胡开花基因提供参考。     

丹参晚期胚胎富集蛋白基因的克隆及表达模式分析

目的克隆丹参晚期胚胎富集蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA)基因,并进行生物信息学和表达模式分析。方法对丹参转录组数据库进行BLAST同源性比对,发现一条新的与LEA基因家族同源性较高的序列,命名为Sm LEA2,Gen Bank登录号为HQ676610。进一步利用PCR和RT-PCR技术从丹参g DNA以及c DNA水平克隆得到了Sm LEA2基因全长。采用软件分析蛋白质结构性质和系统进化关系。利用实时荧光定量PCR的方法对不同部位、不同发育时期以及不同处理丹参的Sm LEA2表达量进行检测。结果获得Sm LEA2 g DNA长1 961 bp,由1个外显子和1个内含子组成,并且内含子位于ATG的上游;开放阅读框长为960 bp,共编码319个氨基酸。生物信息学分析显示,Sm LEA2是存在于细胞质中的亲水蛋白,无跨膜结构域和信号肽,其相对分子质量为35 340,等电点为4.77。该基因在丹参的根、茎、叶中均有表达,并且在茎中的表达量最高。随着花的成熟和种子的发育,该基因表达量逐渐升高,并且该基因的表达受茉莉酸甲酯(Me JA)以及脱落酸(ABA)的诱导作用影响。结论克隆得到的丹参Sm LEA2可能参与种子发育过程,并在丹参防御反应中发挥作用。     

丹参转录因子SmWRKY14基因的克隆及表达分析

目的 克隆丹参Salvia miltiorrhiza转录因子基因SmWRKY14,分析其在不同组织及应答环境因子和植物激素过程中的表达特征。方法 以丹参转录组数据中Unigene（c50007_g1）序列为参考,利用PCR扩增获得SmWRKY14基因序列。通过生物信息软件及在线工具预测基因编码蛋白的理化性质、蛋白质结构等分子特征,采用DNAMAN和MEGA 6.0分别进行氨基酸多序列比对和进化树构建,运用实时荧光定量PCR检测该基因的表达模式。结果 克隆得到SmWRKY14基因cDNA全长1 103 bp,编码244个氨基酸,相对分子质量27 600,等电点8.19。该蛋白含有WRKY特征基序,不含信号肽及跨膜结构域,其高级结构主要由无规卷曲构成。进化树分析表明SmWRKY14蛋白与柿WRKY14蛋白的亲缘关系最近。SmWRKY14基因在丹参中各器官中为组成型表达,且该基因与丹参酮合成关键酶基因DXS、GGPPS、CPS的表达模式相似,且受茉莉酸甲酯、脱落酸、赤霉素等植物激素及机械损伤的强烈诱导。结论 获得丹参SmWRKY14基因序列、生物信息及表达特征,为研究WRKY家族成员调控丹参酮类化合物的合成、应答植物激素及参与防御反应的分子机制提供理论依据。     

丹参治疗微循环障碍作用机制的“成分-靶点-通路”多层次互作网络模型研究

目的基于网络药理学分析丹参治疗微循环障碍的分子生物学机制。方法借助TCMSP、PubChem Search、Genecards数据库和Swiss target prediction在线工具得到丹参的活性成分治疗微循环障碍的作用靶标,利用Cytoscape 3.3.0软件构建丹参活性成分-微循环障碍作用靶标网络,通过STRING数据库构建靶蛋白相互作用(PPI)网络,通过生物学信息注释数据库(DAVID)进行基因本体(GO)生物学过程和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果从丹参中共筛选出治疗微循环障碍的65个相关活性成分,并发现微循环障碍相关的9个关键靶点。GO和KEGG通路富集分析发现,丹参治疗微循环障碍可能与氧化还原、钙离子稳态等生物过程有关,能够调节血管内皮生长因子信号通路、神经突触信号传导、催产素信号通路、醛固酮-调节钠重吸收等信号通路。结论丹参治疗微循环障碍体现了多成分、多靶点、多途径的作用特点,为进一步开展丹参治疗微循环障碍作用机制研究提供了新的思路和方法。     

白木香倍半萜合成酶As-SesTPS1基因的克隆、生物信息学和表达分析

目的基于前期对白木香Aquilaria sinensis转录组测序结果,从白木香总RNA中克隆白木香倍半萜合成酶基因(As-Ses TPS1),并对其进行生物信息学及表达分析。方法利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)从白木香总RNA中获得倍半萜合成酶基因As-Ses TPS1的c DNA全长序列;利用生物信息学手段对该序列进行相似性和同源性分析,并预测其编码蛋白的结构和功能;利用q RT-PCR技术检测该基因在白木香不同样品中的表达水平。结果得到倍半萜合成酶基因As-Ses TPS1,开放阅读框(ORF)全长1 671 bp,编码556个氨基酸,其与多条倍半萜合成酶基因具有较高相似性,并含有RRx8W和DDxx D的保守序列;该基因在白木香的沉香样品中高表达。结论 As-Ses TPS1的克隆及其生物信息学和在白木香不同部位表达差异性分析,为白木香倍半萜生物合成代谢途径的研究奠定基础。     

三叶青扩展蛋白家族基因全长cDNA的克隆及其生物信息学和表达分析

目的克隆三叶青Tetrastigma hemsleyanum的扩展蛋白家族基因,对其进行器官表达分析,并初步探讨其功能。方法根据Gen Bank中登录的扩展蛋白基因保守区域序列设计1对简并引物,以三叶青球形块根c DNA为模板进行RT-PCR扩增,再结合RACE技术,获得三叶青扩展蛋白基因全长c DNA序列,命名为Th-exp。采用半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析Th-exp基因在不同器官中的表达情况。结果克隆获得扩展蛋白家族基因,共782 bp,其中包含630 bp开放阅读框,编码209个氨基酸(Gen Bank登陆号KP693606)。Th-exp编码的蛋白质具有典型的扩展蛋白结构特征,N端含有8个半胱氨酸的结构域,C端含有4个保守的色氨酸结构域,中间含有组氨酸功能域。Blast分析显示,Th-exp与葡萄、醉蝶花中扩展蛋白基因具有相似性。半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析表明,Th-exp在三叶青叶、茎、普通细根和球形块根中均有表达,但球形块根中表达强于其他器官。结论克隆得到三叶青扩展蛋白家族基因Th-exp全长c DNA,初步预测其参与了三叶青块根的发育过程。     

丹参SmCOP1与调控丹参酮和丹酚酸合成相关转录因子互作筛选＊

目的 预测分析并克隆丹参E3泛素连接酶SmCOP1（constitutively photomorphogenic1），并对其靶基因进行初筛，为丹参次生代谢关键调控因子MYB以及bHLH等转录因子泛素化研究做准备。方法 本研究利用拟南芥AtCOP1蛋白序列，用HMMER3程序和在线程序SMART，在丹参全基因组数据库筛选到丹参中的E3泛素连接酶SmCOP1序列，经RT-PCR技术获得丹参cDNA，以其为模板设计引物扩增，并利用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白进行相关分析。通过酵母双杂实验对其调控丹参酮和酚酸物质机制进行初步研究。结果 结果表明SmCOP1的2个蛋白均为不稳定亲水性蛋白，其N-端为环形锌指结构域（RING–finger），C-端为WD40重复结构域。通过建立进化树表明SmCOP1b和AtCOP1是直系同源的关系，而SmCOP1a和SmCOP1b是旁系同源的关系。Y2H实验显示SmCOP1a与SmPAP1互作。结论 成功克隆并预测分析丹参E3泛素连接酶SmCOP1，并初步发现其可能通过靶向MYB转录因子SmPAP1对其泛素化修饰参与调控酚酸类物质的代谢。     

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.     

红花CtWD40基因克隆及表达分析

目的克隆红花WD40(CtWD40)转录因子,分析其在不同组织间的表达水平及与红花羟基黄色素含量的相关性。方法以红花花瓣转录组WD40候选基因为参考,克隆获得CtWD40基因序列。同时对该转录因子保守结构域、蛋白三维结构及系统发育等内容进行生物信息学分析,荧光定量PCR方法研究了该基因在红花不同组织中基因表达差异,并采用HPLC法测定红花各花期花瓣中羟基红花黄色素A含量。结果成功克隆CtWD40基因并且发现该蛋白序列中8个保守WD结构域,通过系统发育分析发现CtWD40与菊科WD40蛋白亲缘关系最近。结论 CtWD40基因在在不同花期花瓣组织中出现先升高后降低表达趋势,皮尔森相关系数分析揭示CtWD40在花瓣中基因表达水平与羟基黄花黄色素A含量具有显著相关性。