鱼腥草HMGR基因cDNA克隆、差异表达及蛋白质结构分析

目的克隆鱼腥草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因并分析其差异表达。方法采用实时荧光定量PCR(RT-PCR)方法获得HMGR基因cDNA序列并对HMGR蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析,并预测该蛋白功能;利用RT-PCR方法检测HMGR基因在鱼腥草的地下茎、地上茎、叶、花中的表达情况。结果克隆获得的HMGR基因cDNA全长为1 626 bp,编码541个氨基酸。生物信息学预测HMGR蛋白含2个跨膜区,不含信号肽。HMGR基因主要在鱼腥草的花中表达,其他器官中表达相对较低,地下茎中表达量最低。结论首次从鱼腥草中克隆了HMGR基因,为进一步阐明该基因在鱼腥草萜类化合物代谢途径中的作用奠定基础。     

甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因多态性对其编码酶催化效率的影响

目的:利用GC-MS方法分析甘草不同3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因型表达蛋白的催化效率,为揭示甘草HMGR多态性在优质甘草药材形成中的作用奠定基础.方法:以从甘草中克隆的4种HMGR基因突变型构建表达载体,转化Escherichia coli BL21,进行诱导表达、检测、纯化及体外酶促反应,采用TLC及GC-MS对反应产物进行定性及定量分析.结果:L/V型突变(-HSL,-HSV)催化活性近似,GA插入型突变(GALLV,GALSV)催化活性近似,但插入型突变的催化活性显著高于前者,是前者的2倍左右.结论:甘草功能基因HMGR基因多态性可能是甘草优质药材形成的分子基础.     

接骨草HMGR基因cDNA克隆、不同器官中的差异表达及生物信息学分析

目的克隆接骨草Sambucus chinensis 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因并分析其差异表达。方法采用RT-PCR方法获得HMGR基因c DNA序列,并对HMGR蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三级结构预测分析,并预测该蛋白功能;利用实时荧光定量PCR方法检测HMGR基因在接骨草的根状茎、地上茎、叶、花中的表达情况。结果克隆获得的HMGR基因c DNA全长为1 626 bp,编码593个氨基酸。生物信息学预测HMGR蛋白含2个跨膜区,不含信号肽。HMGR基因主要在接骨草的花和地上茎中表达较高,其他器官表达相对较低。结论首次从接骨草中克隆了HMGR基因,为进一步阐明该基因在接骨草萜类化合物代谢途径中的重要作用奠定基础。     

建泽泻HMGR基因保守区片段克隆与组织分布研究

目的:对建泽泻三萜类成分生物合成关键酶HMGR基因保守区片段进行克隆与组织分布研究。方法:以建泽泻总RNA为模板,通过RT-PCR方法,克隆HMGR基因的保守区片段,并用实时荧光定量PCR(QRT-PCR)检测HMGR基因在不同器官中的表达情况。结果:所克隆的建泽泻HMGR基因保守区序列长度为458 bp(Gen-Bank注册号为HQ913638),与药用植物黄花蒿、柴胡、杜仲、丹参的同源性分别达到86.8%、88.2%、88.2%、85.5%,QRT-PCR结果显示HMGR基因在建泽泻各器官中均有表达,其中叶片表达量较高,块茎、根、叶柄表达量相对较低。结论:首次分离并报道了建泽泻HMGR基因保守区片段克隆及其组织分布,为泽泻三萜类成分生物合成途径的阐明和生物工程应用提供科学依据。     

白桦BpHMGR基因的结构及表达模式分析

目的研究白桦Betula platyphylla 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-Co A reductase,Bp HMGR)全长基因结构特征及编码蛋白性质,揭示其节律表达模式以及对外源NO信号分子的响应机制。方法通过RACE技术克隆白桦Bp HMGR基因,应用生物信息学软件对Bp HMGR及其编码蛋白进行详细分析,利用实时荧光定量PCR定量分析Bp HMGR基因在昼夜节律变化中的表达模式。根据Bp HMGR氨基酸序列构建系统进化树,分析昼夜节律以及外源NO对白桦叶片中Bp HMGR转录水平的影响。结果 Bp HMGR基因全长1 764 bp,包含完整开放阅读框,已上传至NCBI,并获得登录号KJ452334,其编码蛋白由587 aa组成。白桦Bp HMGR基因与大豆(XP_003519474.1)、葡萄(XP_002275827.1)、苜蓿(XP_003617066.1)亲缘关系较近。结论 Bp HMGR随昼夜周期变化呈现出节律表达特性,在夜晚21:00时达到峰值。初步揭示了外源NO能诱导白桦细胞内三萜代谢途径的关键酶Bp HMGR基因上调表达,进而促进三萜产物齐墩果酸的合成。     

甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因多态性与甘草酸含量的相关性分析

目的:揭示甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因的多态性,并阐述HMGR基因多态性与甘草酸含量的相关性.方法:以甘草酸含量差异显著的甘草个体为材料,通过RT-PCR法扩增其HMGR基因编码区;与载体pMD19-T连接后克隆测序;通过多重比对进行HMGR基因多态性分析,及与甘草酸含量之间的关联分析.结果:HMGR基因编码区多态性包括整码突变、碱基置换突变、拷贝数多态性及等位基因杂合;HMGR编码氨基酸序列中存在以下4种类型变异,即-HSL,-HSV,GALLV,GALSV,其中-HSV型为甘草中普遍存在类型,-HSL型为甘草酸低含量甘草的特有类型,GALSV型为甘草酸高含量甘草特有类型.结论:甘草HMGR基因编码区具有丰富的多态性,和甘草酸含量之间具有相关性.     

罗汉果内参基因筛选和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶时空表达分析

目的筛选罗汉果Siraitia grosvenorii基因表达分析的内参基因,研究苷V生物合成关键酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)时空表达特性。方法克隆罗汉果看家基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)、微管蛋白(α-tubulin)、肌动蛋白(β-actin)和泛素(UBQ5)的基因片段,评价了4个基因在不同部位(叶、茎和果)及果实发育不同时期的稳定性,筛选内参基因,分析HMGR的时空表达特性。结果 UBQ5表达最稳定,适宜作为内参基因;叶片的HMGR相对表达量较低,茎和果实相对表达量较高;果实不同发育时期,HMGR的相对表达量呈现先升高再降低然后再升高再降低的波动式变化,70 d后HMGR的相对表达量最高,然后依次是5、30、10、50 d。结论 UBQ5是适宜的内参基因。叶片、茎和果实中,HMGR的相对表达量差异明显。果实发育不同时期,HMGR的相对表达量呈波动式变化,与苷V合成积累变化规律相似。     

黄花蒿CMK基因的克隆与功能分析

青蒿素是治疗疟疾的首选药物,黄花蒿为其唯一的药源植物。该研究首次从黄花蒿中克隆到青蒿素生物合成关键基因Aa CMK,其c DNA全长为1 462 bp,ORF 1 197 bp,编码399个氨基酸。研究表明:Aa CMK在黄花蒿各部位中均有表达,但在腺毛体中表达量极高,且该基因的表达受外源Me JA的强烈诱导;亚细胞定位结果显示该基因定位于叶绿体中;在过表达Aa CMK拟南芥中,叶绿素a,叶绿素b及类胡萝卜素的含量极显著提高,证明Aa CMK是利用代谢工程技术提高萜类物质青蒿素生物合成的一个重要候选基因,为利用代谢工程提高青蒿素含量奠定了基础。     

一个新的丹参3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶3基因的克隆及其表达分析

目的:对丹参3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3methylglutary CoA reductase,HMGR3)基因的cDNA克隆并进行序列分析。方法:利用丹参转录组文库克隆一种新的丹参次生代谢途径上的功能基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,Clustal W比对丹参中已有的3条HMGR的氨基酸序列,构建系统进化树,QRT-PCR检测丹参HMGR3基因在根、茎、叶中的mRNA水平,并检测Ag+诱导子诱导后丹参毛状根中该基因的转录水平。结果:克隆得到一个新的丹参HMGR3基因,该基因ORF全长1 692 bp,编码563个氨基酸,具有HMGR基因家族的特征序列,与SmHMGR1和SmH-MGR2分别具有75.04%,80.64%的同源性,QRT-PCR分析表明该基因在丹参根茎叶中均有表达,在叶中表达量最高,Ag+诱导24 h时mRNA水平达到最高值。结论:首次克隆得到了1条新的丹参HMGR家族基因SmHMGR3,这一结果为进一步研究丹参次生代谢途径提供了新的思路和靶点。     

黄花蒿MCS基因的克隆及其序列分析与原核表达

目的 从黄花蒿中克隆MEP途径关键酶2C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MCS)基因,进行序列特征分析、原核表达以及组织表达的研究.方法 根据黄花蒿MCS (AaMCS)基因EST序列,克隆MCS cDNA及基因组序列.将MCS编码区与表达载体pET-21a(+)重组,构建pET-21a (+)-MCS的原核表达载体并转入大肠杆菌BL21 (DE3),IPTG诱导获得MCS融合蛋白.半定量RT-PCR检测MCS的组织表达情况.结果 AaMCS cDNA全长994 bp,包含681 bp的开放阅读框,编码226个氨基酸,基因全长2 540 bp,包含3个外显子和2个内含子.构建pET-21a (+)-MCS重组质粒,获得稳定的pET-21a (+)-MCS原核表达体系.AaMCS在根、茎、叶、花中均有表达,其中花中表达量较高,根和茎中表达量低.结论 克隆了AaMCS基因,建立pET-2 1a (+)-MCS稳定的原核表达体系,为研究AaMCS蛋白的活性及其功能奠定了基础.     

东北雷公藤DXR HMGR基因克隆及生物信息学分析

目的:克隆东北雷公藤萜类物质生物合成关键酶基因3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)基因和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR)基因全长,并对其进行生物信息学分析。方法:根据东北雷公藤转录组数据,设计特异性引物,采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术克隆东北雷公藤DXR、HMGR基因编码区的全长序列,并进行一系列生物信息学分析。结果:成功克隆东北雷公藤DXR、HMGR基因各1条,分别命名为TrDXR和TrHMGR,两者分别长1410、1770 bp,编码469个和589个氨基酸。TrDXR为亲水性蛋白,亚细胞定位在叶绿体,无跨膜结构,转运肽定位于叶绿体,含有2个结合功能域和2个活性位点基序;TrHMGR为疏水性蛋白,亚细胞定位在内质网,有跨膜结构,无转运肽,含有4个结合功能域。TrDXR和TrHMGR与不同物种同源序列的相似性高,保守性强。结论:克隆获得TrDXR、TrHMGR基因cDNA全长,并对其生物功能进行了初步预测,为基因功能鉴定及东北雷公藤萜类物质分子形成机制研究奠定基础。     

黄花蒿促分裂原活化蛋白激酶基因及其在重金属镉胁迫下表达分析

为了考察黄花蒿在重金属镉胁迫下,是否存在相应的促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)基因参与镉信号的传导。该文通过对SRA数据库中的黄花蒿转录组进行拼接组装、BLAST以及对所得序列进行保守结构域分析,最终获得17条黄花蒿MAPK基因,命名为Aa MAPK1~Aa MAPK17。在这17个MAPK基因中,有16个含有T[D/E]Y保守结构域。实验利用Real-time PCR方法,分析了黄花蒿在重金属镉胁迫下17个MAPK基因的表达情况。结果显示Aa MAPK3,Aa MAPK10的表达下调,MAPK7,MAPK9,MAPK12的表达上调。这表明了黄花蒿中可能存在相应的MAPK基因参与了镉信号传导。     

甘草β-香树酯醇合成酶的多态性对其催化效率的影响研究

目的:分析与高、低甘草酸含量密切相关的β-AS(A-T)基因型和β-AS(G-C)基因型在酿酒酵母中异源表达的情况,比较这2种基因型对所生成的β-香树酯醇产量的影响,从而为甘草分子育种奠定基础。方法:将克隆的甘草β-AS基因亚克隆到大肠杆菌和酿酒酵母的穿梭表达载体pY26中,从大肠杆菌中筛选出含有目的基因的重组质粒PY-β-AS,用醋酸锂法转化到酿酒酵母缺陷型菌株INVScI中,经半乳糖诱导后,收集菌体,用气相色谱/质谱(GC-MS)分析生成的β-香树酯醇的量。结果:甘草β-AS基因所编码的酶能催化酵母内源性2,3-氧化鲨稀生成β-香树酯醇,GC-MS分析显示甘草β-AS(A-T)基因型和β-AS(G-C)基因型所生成的β-香树酯醇的质量分数分别为19.08%,1.40%。结论:甘草β-AS(A-T)基因型的催化效率高于β-AS(G-C)基因型,可为甘草分子育种奠定基础。     

肥料配施对北苍术3种倍半萜类成分及2种生物合成关键酶基因表达的影响

目的 探讨不同肥料配施对北苍术Atractylodes chinensis (DC.) Koidz. 3种倍半萜成分苍术酮、白术内酯II和β-桉叶醇含量及2种生物合成关键酶3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（3-hydroxy-3-methylglutarate monoacylase A reductase,HMGR）和法呢基焦磷酸合酶基因（farnesylpyrophosphatesynthase,FPPS）活性及基因表达的影响。方法 在不同的肥料配施下,采用高效液相色谱法测定北苍术3种倍半萜类成分的含量,采用试剂盒法（双抗体夹心法）测定北苍术根茎中HMGR和FPPS的活性;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)法测定北苍术HMGR和FPPS的表达量;采用SPSS软件对生物合成关键酶活性和基因表达量进行相关性分析。结果 适宜的氮磷钾配施,可促进北苍术倍半萜类成分的积累,并显著提高其生物合成关键酶活性及基因表达。该试验区所代表的土壤肥力状况下有利于倍半萜类成分积累的最优施肥方案为氮肥（N）180kg/hm2,磷肥（P2O5）225kg/hm2,钾肥（K2O）105kg/hm2...     

独行菜La F3H基因克隆、序列分析及原核表达

目的为了研究独行菜黄酮类化合物生物合成途径的关键基因,从独行菜中克隆了黄烷酮-3-羟化酶(flavanone-3-hydroxylase,F3H)基因,命名为LaF3H,并进行序列分析、原核表达和纯化。方法根据独行菜转录组数据中LaF3H基因序列设计特异性引物,克隆LaF3H基因的cDNA序列,构建pET-32a-LaF3H原核表达载体并在大肠杆菌中诱导表达LaF3H重组蛋白。结果 LaF3H基因开放阅读框(ORF)长1080bp,编码359个氨基酸,其蛋白质相对分子质量为40 320。序列分析结果表明LaF3H具有F3H蛋白的5个保守基序,系统进化分析结果显示LaF3H蛋白与拟南芥等十字花科植物F3H蛋白同源性较高。通过构建原核表达载体pET-32a-LaF3H,在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中成功表达LaF3H重组蛋白,利用Ni2+亲和色谱得到了纯化的LaF3H重组蛋白。结论克隆了LaF3H基因,获得LaF3H纯化蛋白,为下一步制备LaF3H蛋白抗体、酶学活性检测,研究LaF3H基因在独行菜黄酮类化合物生物合成途径中的功能奠定基础。     

黄花蒿HMGR启动子活性表达及核心序列分析

目的 分析研究黄花蒿3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)启动子的活性表达及其核心序列。方法 以β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因作为报告基因,通过构建包括HMGR启动子全长序列在内的5个不同长度表达载体,并采用农杆菌介导法转化烟草以及对转化烟草进行GUS染色。结果 转HMGR启动子烟草的根、茎、叶、花、果荚均发现蓝色;脱水和高温胁迫会降低该启动子的表达,低温胁迫对其影响不明显;启动子片段Aa GPX1、Aa GPX2和Aa GPX3具有驱动GUS报告基因表达的功能,而Aa GPX4和Aa GPX5则未有此功能。结论 HMGR启动子在烟草整个生长期内均能够稳定表达;该启动子对低温不敏感,而对高温和脱水条件敏感;该启动子的核心序列在P-HMGR-3区域,而Aa GPX2与Aa GPX3片段的非重叠区则存在与HMGR启动子活性强弱相关的调控元件。     

药用植物萜类生物合成HMGR基因研究进展

药用植物中萜类次生代谢产物种类丰富,数量巨大,其现代药理活性相当突出.3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-metllylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)作为萜类成分甲羟戊酸(MVA)合成途径上第一个重要限速酶,对药用植物萜类活性成分生物合成过程起着至关重要的作用.文章系统综述了HMGR的生物学意义、催化机制,HMGR克隆情况、基因结构、以及在重要药用植物丹参、甘草、红豆杉等中的研究进展.     

阳春砂3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因的克隆及分析

目的 克隆阳春砂萜类生物合成途径上游关键酶--3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)(EC:1.1.1.34)的编码基因;分析基因的功能及其在阳春砂不同组织中的表达.方法 用基于RT-PCR的方法从阳春砂叶片中获得编码HMGR的cDNA全长序列,克隆基因编码区;用生物信息学的方法对其编码蛋白进行相似性检索和功能分析;用半定量RT-PCR法比较基因在阳春砂不同组织中的表达差异.结果 获得了全长2 023 bp的编码阳春砂HMGR的cDNA序列,命名为AvHMGR(GenBank登记号:FJ455511).AvHMGR编码的蛋白与其他植物来源的HMGR有很高相似性,含有NADPH结合基序和底物HMG-CoA结合基序,N-端有两个跨膜结构域.保守功能结构域的分析结果表明AvHMGR属于3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶家族.AvHMGR在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达.结论 从阳春砂中克隆了AvHMGR基因,为进一步鉴定基因功能、探明阳春砂萜类生物合成的基因调控机制打下基础.     

低温诱导黄花蒿中青蒿素的生物合成及其机制研究

目的研究低温处理对黄花蒿中青蒿素及其他萜类合成通路的影响。方法以4℃为胁迫条件,利用高效液相色谱法测定青蒿素量;硫酸钛沉淀法和N,N-二甲基-对-亚硝基苯胺漂白反应分别检测黄花蒿叶片过氧化氢(H2O2)和单线态氧(1O2)量;紫外分光光度法检测过氧化氢酶(CAT)活性;实时荧光定量PCR技术定量分析青蒿素合成途径及竞争途径关键酶基因的表达。结果 4℃处理4 h后黄花蒿叶片中1O2和H2O2量升高,并伴随着青蒿素量和CAT活性逐步提高,4、24、48 h后青蒿素量分别提高20%、65%、80%;4℃处理24 h后,青蒿素合成相关基因(HMGR、FPS、ADS、CYP71AV1、CPR和DBR2)的表达普遍上调,其中ADS基因的表达提高16倍;而青蒿素合成竞争途径酶(β-石竹烯合酶)基因(CS)表达则下调近20倍。结论低温刺激可能通过产生高浓度活性氧(ROS)促进青蒿素合成前体转化,上调青蒿素合成相关基因表达并抑制竞争途径基因表达等途径促进青蒿素合成。     

创建酿酒酵母细胞工厂发酵生产羽扇豆醇

羽扇豆醇、桦木酸等羽扇豆型三萜化合物具有抗HIV、抗肿瘤等多种生物学活性,其中羽扇豆醇为这类化合物的基本前体。为了实现羽扇豆烷型三萜的异源发酵法生产,研究首先运用高通量同源重组法在酿酒酵母中进行萜类甲羟戊酸(MVA)途径的一步法调控,以提高三萜通用前体鲨烯的供给;在进一步工作中,拟南芥来源的羽扇豆醇合成酶基因(At LUP)被整入三萜底盘菌株中实现羽扇豆醇酵母人工细胞工厂的创建。结果表明该实验能一次完成MVA途径的7个基因的整合,组装总长度达到20kb,同时多倍化MVA途径能显著提高鲨烯产量约500倍,达到354.00 mg·L~(-1);At LUP基因在染色体上整合后获得的工程菌NK2-LUP在摇瓶中发酵能生产8.23 mg·L~(-1)羽扇豆醇。该研究可为在酵母中实施大规模生物合成途径组装提供技术支持,同时为进一步获高产羽扇豆烷型三萜的人工酵母细胞提供了重要基础。