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。     

丹参酮合成相关的SmCYP81C16基因克隆和功能研究

目的:丹参(Salvia miltiorrhiza)根中所含的丹参酮为二萜醌类化合物,而鉴定参与丹参酮合成的CYP450基因成为解析丹参酮生物合成途径分子机制的关键步骤。方法:本实验从丹参基因组和转录组数据中筛选到SmCYP81C16基因,采用RT-PCR方法克隆获得基因cDNA全长序列,利用生物信息学分析方法分析其所编码蛋白质的理化性质,预测该蛋白质二级结构、保守结构域等,建立系统发育进化树;利用实时荧光定量PCR方法检测了该基因的组织/器官表达特异性;通过遗传转化方法获得了该基因的过表达转基因毛状根株系,通过化学检测及代谢组学分析丹参酮类化合物在对照株系和过表达株系中的含量变化。利用实时荧光定量PCR方法检测了毛状根中丹参酮合成途径关键酶基因中的相对表达量。结果:SmCYP81C16基因全长1497 bp,编码498个氨基酸残基,该蛋白质相对分子质量为55.8 kDa;SmCYP81C16在丹参茎和根的周皮部高表达;通过化学检测及代谢组学分析发现,与对照株系比较,在SmCYP81C16过表达阳性株系中,丹参酮类化合物的含量升高;过表达毛状根中丹参酮合成途径关键酶基因的表达量显著上升。结论:本研究结果表明SmCYP81C16具有正向调控丹参酮生物合成的功能。本研究为利用生物技术方法提高丹参酮类化合物含量奠定基础。     

太子参类胡萝卜素双加氧裂解酶家族4成员的克隆及表达特性分析

为探讨太子参环肽成分与品质形成的分子机制,利用生物信息学方法从太子参转录组数据库中筛选出太子参类胡萝卜素双加氧裂解酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)新基因,并设计引物对其进行全长扩增及克隆、生物信息学分析和基因表达分析。克隆得到的4条CCDs序列全长分别为1 617,1 461,1 746,1 875 bp,并根据其功能依次命名为Ph CCD1,Ph NCED2,Ph NCED3,Ph CCD4。序列分析结果表明,4个基因均含有REP65结构域,且均含有与亚铁离子结合的位点。系统进化分析表明,Ph NCED2,Ph NCED3聚为NCEDs一支,Ph CCD1,Ph CCD4聚为CCDs一支,且与拟南芥Arabidopsis thaliana的At CCDs家族相比,Ph CCD1与At CDD1同源性最高,Ph CCD4与At CCD4同源性最高,Ph NCED2,Ph NCED3与At NCED3同源性最高。实时荧光定量分析显示Ph CCD1和Ph CCD4 2个基因的表达主要在地上部分,其中Ph CCD1在叶中的表达量最高,Ph CCD4在茎叶具有高表达,可能参与太子参类胡萝卜素的生物合成;Ph NCED2和Ph NCED3 2个基因的表达主要在地下部分,其中Ph NCED2在须根中表达量最高,Ph NCED3在块根木部和皮部表达量较高,可能是脱落酸生物合成的关键酶基因。研究首次得到太子参CCDs基因,为进一步阐明太子参植株对于外界胁迫的应答机制,进而探讨太子参品质形成的生物途径奠定基础。     

红花DHDPS基因全长cDNA的克隆及植物表达载体构建

目的克隆红花赖氨酸生物合成途径关键酶二氢吡啶二羧酸合酶(dihydrodipicolinate synthase DHDPS)基因的全长c DNA序列,构建植物超表达载体。方法根据红花转录组文库注释信息获得红花DHDPS(CtDHDPS)基因的中间序列,通过RT-PCR与RACE技术从红花种子中克隆CtDHDPS基因全长c DNA序列。采用DNA重组技术构建p BASTA-CtDHDPS植物超表达载体。结果分离CtDHDPS基因全长1 309 bp,开放阅读框954 bp,编码317个氨基酸,编码蛋白理论等电点为5.93,相对分子质量约为34 750.79。通过DNA重组技术成功构建了植物超表达载体p BASTA-CtDHDPS。结论获得CtDHDPS基因全长c DNA序列并成功构建植物超表达载体,为阐明CtDHDPS基因的生物学功能及其在红花赖氨酸生物合成途径中作用机制提供科学依据。     

红花栝楼鲨烯合酶基因的克隆及其序列分析

目的克隆红花栝楼鲨烯合酶(squalene synthase,SS)的基因并进行序列分析,为进一步研究葫芦科植物三萜合成通路关键酶SS的正选择位点与功能的关联性分析奠定基础。方法根据绞股蓝与罗汉果SS基因c DNA比对分析的结果,设计SS的5’端简并引物,采用3’RACE扩增红花栝楼SS全长c DNA基因。结果获得红花栝楼SS c DNA全长共1 466个核苷酸,其中包括一个含有1 254个核苷酸的开放读码框,编码417个氨基酸残基。通过NCBI的Blast比对,发现红花栝楼SS基因编码的氨基酸序列与已知植物SS基因编码的氨基酸序列同源性为78%~94%,核苷酸的同源性为74%~93%。结论成功克隆了红花栝楼SS的全长c DNA,为进一步研究红花栝楼SS基因结构、基因表达、基因突变提供了基础,并为葫芦科植物三萜合成通路关键酶SS的正选择位点与功能的关联性分析提供了数据支持。     

罗汉果角鲨烯环氧酶基因的克隆及表达分析

罗汉果Siraitia grosvenorii属于葫芦科藤本植物,可作食药两用,其主要活性成分和甜味物质同为葫芦烷型四环三萜类甜苷物质。角鲨烯环氧酶(squalene epoxidase)被认为是三萜和植物甾醇合成中共有的限速酶,催化生成共同前体2,3-环氧角鲨烯;然而在甜苷的生物合成中,前体物质为2,3,22,23-双环氧角鲨烯。该文为了挖掘罗汉果中特有的鲨烯环氧酶基因,克隆了SgSQE1和SgSQE2基因,对其进行保守域、跨膜域等生物信息学分析,实时荧光定量PCR分析其表达模式,并在原核中异源表达,最后通过分子对接预测蛋白和底物之间是否存在相互作用,为甜苷合成中的鲨烯环氧酶基因功能研究提供依据。SgSQE1和SgSQE2基因均编码524个氨基酸,序列一致性为84%,但在N末端有较高的特异性。原核表达的融合蛋白为无活性的包涵体,这一现象可能由于跨膜结构引起。二者在果实中均有表达,SgSQE2表达较为稳定,而SgSQE1在15 d表达丰度最高,与葫芦二烯醇合酶(cucurbitadienol synthase)具有完全一致的共表达模式。分子对接结果中SgSQE1和SgSQE2蛋白均能与配基2,3-氧化角鲨烯相互作用,作用位点为紧邻的氨基酸残基(R348,H349)。结果表明二者在罗汉果次生代谢产物合成中起鲨烯环氧酶的功能,推测SgSQE1更可能参与了甜苷的生物合成,SgSQE2在其他葫芦烷型化合物或植物甾醇中发挥作用。     

太子参多糖合成关键酶基因的克隆、序列分析及对赤霉素的响应

目的:从太子参块根中克隆得到类纤维素合成酶(Cellulose synthase-like protein,Csl)基因,分析该基因及太子参多糖在赤霉素处理下的响应。方法:基于Csl的同源性和太子参转录组数据库,利用克隆技术得到太子参Csl基因(PhCslG)序列,以不同浓度赤霉素及其抑制剂多效唑处理的太子参块根作为材料,采用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)和多糖含量检测技术进行定量,并分析赤霉素对该基因和多糖含量的影响。结果:PhCslG含2 205 bp的开放阅读框,编码734个氨基酸,该基因编码的蛋白具有2个纤维素合成酶蛋白家族的cellulose_synt保守结构域(pfam03552.14)和2个D-D-D-QXXRW模体,qRT-PCR和多糖含量测定结果表明,中、低浓度的赤霉素可促进PhCslG上调表达,多糖含量增加,高浓度赤霉素作用反之。结论:本研究首次成功克隆得到PhCslG基因序列,为进一步阐明该基因的功能和后续综合开展太子参多糖合成和积累的调控机制等研究提供了前期基础。     

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。     

茅苍术DXS基因的克隆与分析

目的:克隆茅苍术萜类化合物生物合成关键酶1-脱氧木糖-5-磷酸合酶(DXS)基因,并进行序列特征分析和组织特异性表达分析。方法:根据转录组测序所得的DXS基因片段,克隆出全长c DNA序列。运用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR),以tublin为内参基因,检测DXS基因在不同组织中的表达量。结果:克隆得到的DXS基因全长c DNA序列为2 151 bp,编码716个氨基酸,并在Gen Bank注册(登录号KY659208)。氨基酸序列系统发育分析表明,该序列与甜叶菊等菊科植物DXS基因有较高的同源性。Real-time PCR法检测发现茅苍术DXS在叶片中表达量最高,其次为花,而在根茎和根中表达很低。结论:获得了茅苍术DXS基因的全长c DNA序列,对其进行了初步生物信息学分析,揭示了其组织差异性表达特征,为进一步阐述该基因在茅苍术萜类成分生物合成途径中的功能奠定了基础。     

西洋参β-香树脂合成酶基因的克隆和生物信息学分析

目的 克隆西洋参三萜皂苷生物合成途径关键酶β-香树脂合成酶(bAS)全长cDNA,为研究西洋参皂苷生物合成与次生代谢调控奠定基础.方法 采用大规模ESTs测序和cDNA末端扩增(RACE)技术克隆西洋参bAS基因.结果 获得了西洋参bAS基因全长cDNA,命名为PqbAS(GenBank注册号:JX185490),其核苷酸序列长度为2 309 bp,含有1个开放阅读框,编码631个氨基酸多肽.保守结构域搜索显示PqbAS含有环氧角鲨烯环化酶(OSCs)共有的活性位点和保守基序.Singal P4.0分析表明PqbAS属于非分泌型蛋白,Tmhmm 2.0分析表明其为非跨膜蛋白.实时荧光定量PCR显示PqbAS基因在各个器官中均有表达,在花和幼茎中高表达,根和叶中表达量相对较低.结论 首次克隆了PqbAS基因全长序列,为研究其表达特性以及在三萜皂苷生物合成中的功能奠定了基础.     

红花黄酮醇合酶基因的全长cDNA克隆及植物表达载体的构建

黄酮醇合酶(flavonol synthase,FLS)是黄酮化合物代谢途径中的关键酶之一。本文在红花转录组测序结果中获得中间序列的基础上,采用RT-PCR和RACE技术,从我国传统中药材红花花瓣中克隆到黄酮醇合酶基因的全长c DNA。该基因全长1 201 bp,开放阅读框1 011 bp,编码336个氨基酸。系统进化分析表明,红花FLS基因编码氨基酸与同属菊科植物氨基酸具有一定的同源性,其中与金光菊的亲缘关系最近。通过分子生物学方法,成功构建p BASTA-FLS植物表达载体。为后续研究该基因的生物功能及黄酮化合物合成机制奠定了基础。     

独行菜幼苗叶片乙酰CoA酰基转移酶基因克隆、序列分析与原核表达

目的:研究独行菜强心苷生物合成途径的相关基因,从独行菜幼苗叶片中克隆强心苷生物合成途径关键酶乙酰CoA酰基转移酶(acetyl-CoA C-acetyltransferase,AACT)基因,进行序列分析和原核表达。方法:根据独行菜转录组数据中LaAACT基因序列设计特异性引物,克隆得到LaAACT基因的cDNA序列,构建pET-32a-LaAACT原核表达载体,诱导表达LaAACT重组蛋白。结果:LaAACT基因ORF全长为1 212 bp,编码403个氨基酸。序列分析结果显示LaAACT蛋白没有跨膜区,不含信号肽,位于细胞质中,含有硫解酶家族保守结构域。系统进化结果显示LaAACT蛋白与十字花科植物的AACT蛋白亲缘关系较近。通过IPTG诱导,在大肠埃希菌中成功表达LaAACT重组蛋白,并得到了纯化的LaAACT重组蛋白。结论:首次从独行菜幼苗叶片中克隆了LaAACT基因,建立其稳定的原核表达体系,为LaAACT蛋白抗体的制备,进一步研究LaAACT基因在独行菜强心苷生物合成途径中的功能奠定了基础。     

基于转录组测序的冬虫夏草虫草素生物合成研究

目的对冬虫夏草进行转录组测序,为虫草素生物合成提供依据。方法利用Illumina/Solexa Hi Seq 2500高通量测序平台对冬虫夏草菌丝体和子实体转录组进行测序、数据组装,分析并预测虫草素生物合成途径、相关基因及差异表达量,发现代谢途径中多数酶在菌丝体发育阶段的表达水平较高。采用c DNA克隆技术从新鲜冬虫夏草子实体中克隆到核糖核苷酸还原酶(RNR)基因亚基。结果其中RNR是腺苷代谢的关键酶,从转录组数据中挖掘到RNR大、小亚基各1条,及4条RNR同源序列。RNR大亚基(RNRL)c DNA全长2 733 bp,编码910 aa,RNR小亚基(RNRM)c DNA全长1 257 bp,编码418 aa。通过保守区域和功能结构域分析发现主要催化活性位点位于RNRL,RNRM含有铁结合蛋白保守位点,大小亚基均含有二聚体和亚基结合区域。结论基于转录组测序预测,以RNR为切入点研究虫草素合成途径,为最终揭示虫草素生物合成机制提供数据支持。     

广藿香香叶基二磷酸合酶基因的克隆及生物信息学分析

目的进一步阐明广藿香(Pogostemon cablin)中萜类生物合成的分子调控机制,从广藿香叶片中克隆单萜化合物合成的关键酶香叶基二磷酸合酶基因PcGPPS。方法根据广藿香转录组PcGPPS基因序列,设计特异性引物,采用RT-PCR技术从广藿香叶片中克隆得到香叶基二磷酸合酶(PcGPPS)基因,构建原核表达载体,并对其进行生物信息学分析。结果该序列为完整开放阅读框,长庶1272bp,编码由423个氨基酸构成的蛋白质。预测蛋白质的分子量为46.3kDa,等电点为5.62,为膜外在蛋白,定位在叶绿体,为非分泌蛋白。系统进化树结果显示,广藿香PcGPPS蛋白与药用鼠尾草和丹参的GPPS蛋白的亲缘关系较近。结论克隆了广藿香PcGPPS基因,为深入研究GPPS基因功能和广藿香萜类生物合成途径奠定基础。     

土鳖虫纤溶酶编码区序列的克隆与表达

目的:获得土鳖虫纤溶酶编码区序列,并进行原核和真核表达。方法:根据已报道的多种动物纤溶酶基因cDNA序列设计引物,用RT-PCR和3′RACE法克隆得到土鳖虫纤溶酶编码区序列;将该序列克隆进入大肠杆菌和毕赤酵母进行表达。结果:序列分析表明,所克隆的纤溶酶编码区序列长672bp,共编码224个氨基酸残基,起始氨基酸序列为IVGG,与多种动物纤溶酶一致。将此cDNA序列在大肠杆菌和毕赤酵母中进行表达,前者获得没有活性的表达蛋白,后者获得具有纤溶活性的重组表达蛋白。结论:首次报道了土鳖虫纤溶酶编码区序列,并进行了初步表达,为进一步研究其功能奠定了基础。     

滇龙胆3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因克隆、表达及分析

目的:从药用植物滇龙胆中克隆得到3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase,HMGR)基因的c DNA全长,构建原核表达载体使其在大肠埃希菌中表达,对其进行定量表达并进行生物信息学分析。方法:利用PCR扩增克隆得到滇龙胆HMGR基因c DNA全长。构建p EASY-E1-HMGR表达载体,IPTG诱导表达。利用生物信息学方法分析克隆到的c DNA序列并预测结构和功能。采用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)分析滇龙胆根、茎、叶在4个不同发育时期的HMGR表达情况。结果:克隆出两组HMGR基因,其中一组HMGR c DNA全长1 747 bp,开放阅读框长1 697 bp,编码565个氨基酸,定名为GRHMGR-1;另一组HMGR c DNA全长1 731 bp,开放阅读框长1 572 bp,编码523个氨基酸,定名为GRHMGR-2。SDS-PAGE显示重组质粒成功表达目的蛋白。Blastp发现,GRHMGR-1,GRHMGR-2与同属植物黄龙胆、秦艽的亲缘关系最为相近。结构分析显示都含有2个HMG-CoA结合位点,2个NADPH结合位点,预测都定位于内质网上。HMGR在滇龙胆根、茎、叶这4个不同发育期均有表达,表达量最高的是叶。结论:首次从滇龙胆中克隆到可能编码HMGR酶的基因,可为深入探讨滇龙胆龙胆苦苷生物合成奠定基础。     

阳春砂二酮辅酶A合成酶的基因克隆及序列分析

目的 对阳春砂姜黄素生物合成途径的关键酶二酮辅酶A合成酶（diketide CoA synthase,DCS）基因的编码cDNA序列进行克隆,为研究阳春砂姜黄素生物合成与基因调控奠定基础。方法 结合阳春砂的转录组注释,根据编码区序列设计引物,通过PCR方法克隆阳春砂DCS基因的编码区cDNA。结果 PCR扩增了一个长1 170 bp的基因片段,该片段编码由389个氨基酸组成的DCS。同源性比对结果显示基因编码蛋白与姜黄的DCS具有氨基酸一致性达96%,与水仙等植物的查耳酮合酶（chalcone synthase,CHS）氨基酸一致性达66%～69%。进化树分析结果显示,与姜黄Curcumae Longae具有较近的亲缘关系。结论 首次从阳春砂中克隆DCS基因获得其编码区序列,为分析基因表达特性及其在姜黄素生物合成中的功能奠定基础。     

基于基因组和转录组的丹参酮生物合成相关基因SmCYP71AU66 的筛选

目的：以丹参基因组及全长转录组数据库为基础,对丹参酮生物合成关键酶基因进行预测,进一步推进丹参酮生物合成途径的解析。方法：结合丹参中CYP450s的系统发育鉴定丹参CYP71clan成员,采用生物信息技术分析其差异表达、基因结构和保守基序等;克隆候选基因并进行理化特性和蛋白结构等分析。结果：从丹参基因组注释到161个CYP71clan成员,分为16个家族,其中CYP71家族成员有64个,数量最多且结构域保守。转录组表达分析显示CYP71clan中36%的基因高表达（FPKM > 10）。克隆到基因SmCYP71AU66 全长1503bp,编码500个氨基酸,在丹参根的周皮部位显著高表达,符合丹参酮在丹参体内的分布规律,预测该基因是丹参酮生物合成途径中的关键酶基因。结论：本研究为丹参酮合成相关基因的挖掘以及生物合成途径的解析提供参考。     

红花PAL家族全基因组分析及其在悬浮细胞中的表达

目的完成红花Carthamus tinctorius PAL基因家族的生物信息学分析,克隆1条红花PAL4基因编码区序列,通过农杆菌介导的方法,实现Ct PAL4在红花悬浮细胞中的过表达。方法在红花基因组测序基础上,对红花PAL家族进行全基因组分析,利用荧光定量PCR(RT-PCR)方法克隆1条红花PAL4编码区序列,并进行生物信息学分析,利用clustalW1.83软件构建系统进化树,在Ct PAL4基因序列2端引入酶切位点BglII和Bst EII,构建含有35S启动子的植物超表达载体p CAMBIA3301-Ct PAL4,并在红花悬浮细胞中进行超表达。结果红花基因组中注释到6个PAL基因,分析显示5个基因具有典型的苯丙氨酸解氨酶的功能结构域及活性位点,并进行启动子和进化分析。Ct PAL4基因编码707个氨基酸,相对分子质量为76820,具有典型的苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的功能结构域及活性位点,编码蛋白的三维结构与PAL的X射线蛋白质晶体结构类似。系统进化分析表明,Ct PAL4基因编码的蛋白与拟南芥的亲缘关系最近。GUS染色结果证实,成功建立红花悬浮细胞遗传转化体系,并初...