三七甲羟戊酸激酶PnMVK1基因的克隆和生物信息学分析

药用植物三七通过甲羟戊酸途径(mevalonic acid pathway)合成三萜皂苷生物合成的前体。甲羟戊酸激酶(mevalonate kinase,MVK)则是甲羟戊酸合成途径中ATP依赖的限速酶之一。本研究根据课题组已获得的三七[Panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen]转录组数据中的MVK1转录本序列,利用RT-PCR方法获得三七MVK1(PnMVK1)基因的全长cDNA序列;对PnMVK1蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析,并预测了该蛋白的结构与功能;利用实时荧光定量PCR方法检测了PnMVK1基因在三七的根、茎、叶、花中的表达情况。序列分析表明,克隆获得的三七PnMVK1基因长为1 164 bp,编码387个氨基酸,GenBank登录号JQ957844。生物信息学预测PnMVK1蛋白不含跨膜区,不含信号肽,具有GHMP激酶等保守结构域。PnMVK1基因在三七的根中表达丰度最高。本研究成功克隆并分析了三七MVK1的全长序列,为进一步阐明三七三萜代谢途径奠定基础。     

广金钱草糖基转移酶基因GsUGT9的克隆和生物信息学分析

目的 从广金钱草中克隆得到一个糖基转移酶基因GsUGT9,并进行生物信息学分析。方法 基于广金钱草的转录组数据,设计特异性引物从广金钱草cDNA中扩增出一个候选糖基转移酶基因,通过生物信息学软件分析其序列信息。结果 成功克隆得到广金钱草糖基转移酶基因GsUGT9,全长1 509 bp,编码的蛋白由502个氨基酸组成。结论 成功从广金钱草中克隆一个糖基转移酶基因GsUGT9,为后续对其进行功能验证研究奠定了基础。     

西洋参PqERF1基因的克隆和生物信息学分析

乙烯响应因子(ethylene response factor,ERF)是具有PETALA2(AP2)结构域的转录因子。本研究通过西洋参(Panax quinquefolius L)的转录组高通量测序结果分析获得75条具有AP2结构域的转录因子序列,并克隆到一条开放阅读框为933对碱基的基因序列,定名为PqERF1。基因表达分析结果表明PqERF1基因受茉莉酸甲酯(MeJA)的诱导,这与人参皂苷含量的受诱导模式相同。蛋白结构预测结果表明PqERF1是定位于细胞核的具有完整保守的AP2结构域的转录因子,InterproScan蛋白功能结构域分析结果表明PqERF1很可能为发病机制相关蛋白;序列比对和进化关系分析结果也显示PqERF1与发病机制相关蛋白(烟草NtERF4)、次生代谢产物相关合成蛋白(野胡萝卜DcERF1)和花衰老相关蛋白(矮牵牛PhERF12)的相似性高,且系统进化关系较近。因此,推测PqERF1基因可能是参与西洋参次生代谢产物合成调节、抗病性和衰老相关的重要基因。     

三萜皂苷合成生物学元件的初步开发:三七鲨烯环氧酶编码基因克隆及表达模式分析

中药合成生物学是将合成生物学思路引入中药天然产物次生代谢途径研究的一门新兴学科,其发展初期的首要任务是进行元件的开发与标准化,建立标准化的合成生物学元件库。三七(Panax notoginseng)作为人参属重要的药用植物,具有较高的药用价值,其主要活性成分是三萜皂苷。鲨烯环氧酶(squalene epoxidase)被认为是三萜皂苷与植物甾醇次生代谢途径中的关键限速酶,是三萜皂苷合成生物学研究的重要元件之一。本研究克隆获得三七中两种类型的鲨烯环氧酶编码基因(PnSE1、PnSE2),对其进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法检测其在4年生三七不同组织部位的表达模式,以及受茉莉酸甲酯(MeJA)诱导处理后基因的表达量变化,为实现中药合成生物学元件挖掘与开发奠定基础。PnSE1基因与PnSE2基因预测编码蛋白分别包含537和545个氨基酸,序列相似性为79%,但N端(前70个氨基酸)序列不保守。PnSE1基因在根、茎、叶、花中均有表达,以花中表达丰度最高;PnSE2基因只在花中表达量显著,其余组织较弱。PnSE1基因响应MeJA诱导,诱导24 h后在叶中的表达量最大;相同诱导条件下,PnSE2基因未响应诱导,表达水平无显著变化。结果表明,PnSE1和PnSE2基因具有不同的表达模式,在三七次生代谢产物合成中起不同催化作用,推测PnSE1基因参与三萜皂苷合成途径,PnSE2基因则在甾醇合成途径中起催化作用。     

人参皂苷合成生物学关键元件HMGR基因克隆与表达分析

3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme-A reductase,HMGR)是甲羟戊酸途径中的第一个限速酶,直接催化人参皂苷的生物合成,是人参皂苷合成生物学研究中的重要元件之一。本研究克隆了人参(Panax ginseng)中一个新HMGR(命名为PgHMGR2)的编码区序列,并对其编码的蛋白进行生物信息学预测及基因表达分析。PgHMGR2与GenBank中的另一条人参HMGR的序列同源性仅为71.6%,因此,PgHMGR2是人参中HMGR基因家族的一个新成员。PgHMGR2基因全长1 770 bp,编码589个氨基酸残基。生物信息学预测PgHMGR2编码蛋白不含信号肽,包含两个跨膜区,具有HMGR催化作用的活性中心结构域。PgHMGR2编码蛋白与西洋参(Panax quinquefolius)的HMGR(GenBank登录号为ACV65036)具有99%的序列相似性。实时荧光定量PCR检测到PgHMGR2在人参花中表达量最高,其次为叶和根,茎中表达量最低。本研究是国内外首次获得的人参PgHMGR2基因的全长序列,为进一步鉴定PgHMGR2的功能及开展人参皂苷的合成生物学研究奠定基础。     

薏苡3-酮酯酰-CoA合酶基因克隆和生物信息学分析

3-酮酯酰-CoA合酶(3-ketoacyl-CoA synthase,KCS)基因是调控长链脂肪酸生物合成过程中的关键基因,在薏苡的生长发育过程中起着重要的调控作用。本文以薏苡(Coix lacryma-jobi L.)作为实验材料,根据转录组测序数据,从薏苡的cDNA中克隆出KCS基因,并对其进行生物信息学分析。结果表明,薏苡KCS基因的cDNA全长序列为1548 bp,编码515个氨基酸,生物信息学预测结果显示该基因编码蛋白质为碱性亲水不稳定蛋白,分子质量为58608.12 Da,等电点为9.20,含有2个跨膜螺旋结构域,不含信号肽剪切位点,亚细胞定位主要在质体膜。多序列比对和进化树分析结果显示薏苡KCS与玉米、水稻、节节麦、高粱和小米等单子叶植物的同种基因具有3个相同的保守位点,而且亲缘关系更近,由此证明该基因在这些同科植物间的进化是保守的。此外,基因的表达分析结果显示KCS基因在不同油脂含量的薏苡资源中有明显的差异变化。本实验对KCS基因的克隆及其结构、性质等的研究有利于深入研究该蛋白在脂肪酸合成过程中的调控机制。     

三七病程相关蛋白PR10-1基因克隆及功能初步分析

采用同源克隆法和RACE技术相结合,对三七根部蛋白质组差异进行研究,鉴定PR10-1蛋白相应的基因全长c DNA,初步分析该基因在三七中的功能。测序结果显示该基因序列全长863 bp,包含1个序列长465 bp编码155个氨基酸的开放阅读框,命名为Pn PR10-1,Gen Bank登录号KJ741402。氨基酸序列同源性及系统发育树分析发现,Pn PR10-1与人参的PR10-1蛋白同源性最高,含有Bet-v-I家族等多个保守结构域。实时荧光定量PCR分析显示,Pn PR10-1在1~3年生三七各组织中均有本底表达,暗示其参与生长发育、代谢调控等生物学过程;Pn PR10-1在根部受根腐病原菌(Fusarium oxysporum)胁迫上调表达,推测Pn PR10-1基因可能参与抗三七根腐病等广谱抗病防御反应。     

蛇足石杉鲨烯合酶HsSQS1基因克隆和序列分析

鲨烯合酶(squalene synthase,SQS)是植物萜类化合物生物合成途径的关键酶。本研究根据课题组已获得的蛇足石杉(Huperzia serrata)转录组数据中的SQS1转录本序列,设计基因全长扩增引物,利用RT-PCR方法获得蛇足石杉SQS1基因的全长cDNA序列;利用实时荧光定量PCR方法检测了HsSQS1基因在蛇足石杉根、茎、叶中的表达情况;对HsSQS1基因进行生物信息学分析,并预测HsSQS1编码蛋白的结构与功能。研究结果表明,克隆获得的蛇足石杉SQS1基因长为1 263 bp,编码420个氨基酸,命名为HsSQS1,GenBank登录号JQ004938。HsSQS1基因在蛇足石杉的根中表达丰度高于茎和叶。本研究成功克隆并分析了蛇足石杉SQS1的全长序列,为进一步阐明蛇足石杉三萜代谢途径奠定基础。     

基于转录组的不同产地党参糖基转移酶鉴定及分析

潞党参为山西道地药材,其药效成分党参多糖等含量显著高于其他产地党参[Codonopsis pilosula(Franch.) Nannf.]。糖基转移酶是党参主要药效成分党参多糖和党参苷Ⅰ等合成的关键酶,本研究基于不同产地党参转录组数据,对糖基转移酶基因进行GO及KEGG功能注释、保守结构域分析、进化树分析及表达模式分析,为探索潞党参道地性形成机制提供理论依据。本研究共筛选鉴定出98个糖基转移酶基因,分属于GT family 1、GT family 2、GT family 90等家族。GO功能注释发现多属于分子功能中的催化活性条目。KEGG功能注释发现党参糖基转移酶主要参与聚糖生物以及萜类和聚酮类化合物代谢。其中, GT family 1的42个糖基转移酶基因保守结构域为:[X]-W-[2X]-Q-[3X]-[LH]-[5X]-[FLTHCGWNS]-[2X]-E-[4X]-[GVP]-[4X]-P-[4X]-Q-[2X]-[NAK]。通过与拟南芥的糖基转移酶序列比对分析,党参糖基转移酶主要位于拟南芥UGT73、72、85分支中。基因表达模式分析发现党参CpUGT73AH2在潞党参植株...     

西洋参cDNA文库构建及表达序列标签(EST)分析

为研究西洋参根的基因表达谱和挖掘其功能基因， 采用表达序列标签(EST)技术首次建立了四年生西洋参根的EST文库。通过BLAST与Gene Ontology分析获得与人参皂苷生物合成相关、 编码P450和糖基转移酶等的基因序列11个， 与生长素调节生长发育相关、 编码生长素响应因子4和生长素调节蛋白等的基因6个， 与水分胁迫相关、 编码蛋白dehydrin和DC2.15 like蛋白等的基因7个， 与编码抗氧化酶如peroxidase和catalase相关的基因6个。另外， 从西洋参根的EST文库获得抗病基因12个， 分别编码转录因子WRKY家族蛋白和ribonuclease蛋白家族， 62个EST是其他物种尚未报道的新基因。可见， EST技术作为功能基因组研究的重要手段可在西洋参功能基因的开发与研究中发挥重要作用， 这些基因的发现为进一步克隆基因全长、 研究基因功能、 改良西洋参品质、 阐明西洋参生长缓慢的分子机制等方面奠定了基础。