龙骨马尾杉环阿屯醇合成酶(HcCAS1)基因的 克隆和生物信息学分析

目的:对大伸筋草的原植物龙骨马尾杉Huperzia carinata环阿屯醇合成酶(cycloartenol synthase,CAS)基因HcCAS编码区进行克隆及序列分析。方法:根据本实验室已报道的龙骨马尾杉转录组高通量测序结果分析获得1条具有环氧角鲨烯环化酶保守结构域的CAS基因序列,采用RT-PCR技术,以龙骨马尾杉根、茎、叶混合样品总RNA为模板克隆得到龙骨马尾杉HcCAS基因的编码区序列,并对HcCAS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HcCAS基因编码区开放阅读框(open reading frame,ORF)长为2 274 bp,编码757个氨基酸残基,命名为HcCAS1(GenBank登陆号JN790125)。结论:该研究在国内外首次获得龙骨马尾杉HcCAS基因的编码区序列,为进一步研究HcCAS蛋白在石杉科植物甾醇合成途径中的功能及酶活性位点的鉴定奠定基础。     

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。     

龙骨马尾杉PcHDR1基因克隆及序列分析

该研究采用RT-PCR方法对龙骨马尾杉Phlegmarirus carinatus(Desv.)Ching 1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate reductase,HDR]基因Pc HDR1的编码区进行克隆并利用生物信息学方法进行序列分析。根据实验室已获得的龙骨马尾杉转录组数据,从中获得1条编码HDR的转录本,采用RT-PCR方法获得该基因的全长c DNA序列,所克隆的Pc HDR1基因编码区长为1 437 bp,编码478个氨基酸残基,Gen Bank登录号为JQ957845。Pc HDR1与银杏Ginkgo biloba的HDR序列同源性最高,达78%。生物信息学预测Pc HDR1蛋白没有跨膜区,具有Lyt B保守结构域,不含信号肽。该研究克隆并获得了龙骨马尾杉Pc HDR1基因的编码区序列,并对其编码的蛋白进行了序列分析及结构域预测,为进一步研究HDR的功能奠定基础。     

蛇足石杉HsCAS1基因克隆及序列分析

本研究对蛇足石杉(Huperzia serrata)环阿屯醇合成酶(Cycloartenol synthase,CAS)基因HsCAS1编码区进行克隆及序列分析。根据本实验室已获得的蛇足石杉转录组数据,从中获得1条具有环氧角鲨烯环化酶保守结构域的编码CAS的转录本,采用RT-PCR方法获得该基因的编码区序列,并对HsCAS1蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析。利用实时荧光定量PCR方法检测HsCAS1基因在蛇足石杉的根、茎、叶中的表达情况。序列分析表明,所克隆的HsCAS1基因编码区长为2,271 bp,编码756个氨基酸残基,HsCAS1与紫果冷杉(Abies magnifica)的CAS具有61%的序列相似性。生物信息学预测HsCAS1蛋白含有3个跨膜区,具有萜类环化酶等保守结构域,不含信号肽。HsCAS1在蛇足石杉的根中表达丰度高于茎和叶。本研究在国内外首次获得蛇足石杉HsCAS1基因的编码区序列,为进一步研究HsCAS1在石杉科植物甾醇合成途径中的功能及鉴定酶活性位点奠定基础。     

HPLC法测定6种石杉科植物中石杉碱甲的含量

目的 测定6种石杉科植物中石杉碱甲的含量。方法 用2％酒石酸溶液提取总碱，HPLC法测定，外标法定量。结果 石杉碱甲在所测定的5种石杉科植物蛇足石杉、皱边石杉、四川石杉、金丝条马尾杉、柳杉叶马尾杉中均有较高分布，分别达到0．0481％，0．0579％，0．0706％，0．0345％，0．1961％，在闽浙马尾杉中含量较少，仅为0．0061％。结论 方法简便、准确，可用于石杉碱甲资源的寻找。     

蛇足石杉生物碱成分的研究(Ⅳ)

从石杉科植物蛇足石杉中分离出二个生物碱,经光谱鉴定分别为６－β－羟基石杉碱甲和马尾杉碱Ｎ。这两个化合物均首次从该植物中得到。生物实验初步结果表明,６－β－羟基石杉碱甲为又一个强效胆碱酯酶抑制剂,其毒性低于石杉碱甲,而对电鳐ＡＣｈＥ的抑制作用比石杉碱甲强约４倍。     

千层塔的 23 种原植物中石杉碱甲含量

  目的 测定各种新鲜千层塔原植物中石杉碱甲的含量。 方法 分检千层塔草药原料,核对馆藏标本确定原植物;野外采集上述原植物,从速粉碎与干燥; 2% 酒石酸提取总碱, HPLC 测定石杉碱甲含量,外标法定量。 结果 草药千层塔来源于石杉科石杉属与马尾杉属共计 23 种拟蕨类原植物,其中 18 种含有石杉碱甲,伏帖石杉中含量最高,达 0.200 4% ,而东北石杉等 5 种中未检出石杉碱甲。 结论 目前中国应用的千层塔原植物来源多样,且各种之间石杉碱甲含量差别较大。     

蛇足石杉1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸 还原异构酶（HsDXR1）基因克隆与表达分析

基于本实验室已获得的蛇足石杉转录组数据,获得一个编码1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR）的转录本,分析其开放阅读框序列,发现该转录本编码全长为1 440 bp 的蛇足石杉DXR 基因（HsDXR1）,含有479 个氨基酸残基。采用RT-PCR 方法获得了HsDXR1 全长,并对HsDXR1 编码蛋白的理化性质、结构域及三维结构进行预测分析。结果显示HsDXR1 编码蛋白的预测分子量为51.496 1 kDa,等电点为6.44;不含信号肽和跨膜区;亚细胞定位预测表明该蛋白最可能定位于叶绿体;具有DXR 蛋白典型的结构域。实时荧光定量PCR 检测HsDXR1 基因在蛇足石杉的茎中表达量最高,其次为根,在叶中表达量最低。本研究获得了蛇足石杉HsDXR1 基因的编码区序列,为进一步研究HsDXR1 在蛇足石杉萜类化合物生物合成途径中的功能奠定基础。     

用叶绿体trnH-psbA序列分析石杉科植物系统发育和植物条形码的初探

目的:研究石杉科17种植物的系统发育关系和石杉科植物条形码。方法:使用叶绿体trnH-psbA基因序列构建了石杉科的系统发育树。结果:表明石杉科植物高度聚类为两个分支,自展支持率达91%。结论:支持Hol-ub和秦仁昌将石杉科分为石杉属和马尾杉属的分类学观点。17种石杉科植物种具有良好的单系性,trnH-psbA基因能在种水平很好区分石杉科植物,可以作为本科分类鉴定条形码。     

基于叶绿体matK基因序列探讨10种石杉科石杉属植物的系统关系及分子鉴定

目的:利用叶绿体matK基因序列探讨10种石杉属植物的系统发育及分子鉴定.方法:分别从9种石杉属植物中提取总DNA,经扩增纯化后,用PCR产物直接测序.结果:对石杉属Huperzia Bernh.9个种的叶绿体matK基因进行了测序,序列长度为1 589 bp,并对10个种(亮叶石杉H.lucidula的matK基因序列从GenBank中下载)的matK序列进行比对,其中有35个系统发育信息位点及35个变异位点,以垂穗石松Lycopodiella cernua为外类群,利用MEGA 3.1软件计算种与种之间的遗传距离在1.59%～0.25%,并构建系统树,获得最简约树和邻接树.结论:小杉兰组和蛇足石杉组植物分别聚成一枝,构成姊妹群,其靴带支持率分别为98%和99%.长柄石杉与蛇足石杉分别聚在2个不同进化枝,二者间有19个碱基差异,遗传距离为1.21%.建议应将长柄石杉单独列为一个种.     

基于叶绿体matK基因序列探讨10种石杉科石杉属植物的系统关系及分子鉴定

目的：利用叶绿体matK基因序列探讨10种石杉属植物的系统发育及分子鉴定。方法：分别从9种石杉属植物中提取总DNA,经扩增纯化后,用PCR产物直接测序。结果：对石杉属Huperzia Bernh. 9个种的叶绿体matK基因进行了测序,序列长度为1 589 bp,并对10个种(亮叶石杉H. lucidula的matK基因序列从GenBank中下载)的matK序列进行比对,其中有35个系统发育信息位点及35个变异位点,以垂穗石松Lycopodiella cernua为外类群,利用MEGA 3.1软件计算种与种之间的遗传距离在1.59%～0.25%,并构建系统树,获得最简约树和邻接树。结论：小杉兰组和蛇足石杉组植物分别聚成一枝,构成姊妹群,其靴带支持率分别为98%和99%。长柄石杉与蛇足石杉分别聚在2个不同进化枝,二者间有19个碱基差异,遗传距离为1.21%。建议应将长柄石杉单独列为一个种。     

白桦BpTRX基因和启动子克隆及H_2S处理后的表达模式

目的研究白桦硫氧还蛋白(Betula platyphylla thioredoxin,BpTRX)基因全长和启动子序列及其编码结构和性质,揭示其在硫化氢(H2S)处理下BpTRX的表达模式。方法通过PCR手段克隆BpTRX基因,应用染色体步移技术获得BpTRX启动子区序列,并对BpTRX基因、启动子及其编码蛋白进行生物信息学分析,构建BpTRX系统进化树。利用实时荧光定量PCR定量分析BpTRX基因在H2S外源胁迫处理下的表达模式。结果 BpTRX基因全长351 bp,编码了由117个氨基酸组成的蛋白。BpTRX基因与蓖麻、大豆、苜蓿和葡萄TRX-H型蛋白亲缘关系紧密。获得的BpTRX启动子区序列为873 bp,包含了转录必备的元件以及大量的胁迫响应和激素响应元件等。结论获得BpTRX基因的全长和部分启动子序列,BpTRX基因对H2S处理的响应趋势为双峰形式,即先增加后降低、再增加再降低。     

滇重楼鲨烯环氧酶基因的克隆及原核表达研究

目的克隆滇重楼Paris polyphylla var.yunnanensis三萜皂苷生物合成途径中的关键酶鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)基因,并进行原核表达。并用Real-time PCR法检测cDNA样本中SE1基因和SE2基因的相对量。方法以滇重楼根为材料提取总RNA并反转录为cDNA。以cDNA为模板,根据转录组数据中的2组SE基因全长序列设计特异性引物,对SE基因进行克隆后转入到pEASY-T1 Simple Cloning Vector中,经测序鉴定正确后,构建pEASY-E1-SE表达载体,利用Art Media protein Expression/Amp+培养基自动诱导表达。Real-time PCR法检测cDNA样本中SE1和SE2基因的相对量。结果获得了2条滇重楼SE基因,命名为ppSE1和ppSE2。ppSE1的全长为1 932 bp,开放阅读框(ORF)为1 578 bp,编码525个AA;ppSE2的全长为1 828 bp,ORF长为1 548 bp,编码515个氨基酸。荧光定量PCR结果显示ppSE1基因和ppSE2基因在茎和叶中的表达具有显著差异,ppSE1的表达在叶中最为显著。酶切和测序结果表明,原核表达载体pEASY-E1-SE构建成功;SDS-PAGE分析显示,在BL21(DE3)表达感受态细胞中成功诱导表达了SE基因的2种融合蛋白。结论克隆了滇重楼的SE基因,获得了在体外具有生物学活性的SE蛋白。ppSE1基因和ppSE2基因在滇重楼中具有不同的表达模式,在滇重楼次生代谢产物的合成中起着不同的作用。     

珍稀濒危植物卵叶羌活自然群体遗传变异的地理分布研究

目的检测珍稀濒危药用植物卵叶羌活自然群体遗传变异的地理分布式样和结构。方法利用二代简化基因组测序技术开发卵叶羌活的微卫星分子标记(SSR)引物,并对覆盖卵叶羌活整个自然地理分布范围的群体样品进行遗传多态性分析。结果通过基因组de novo组装共获得了780条含SSR位点的基因片段序列;筛选出10对具有较高多态性的SSR标记引物,对卵叶羌活整个自然地理分布区的6个群体共105个样品进行遗传变异分析,发现每条引物的等位基因数(No)在1～6(平均值为3.530);每个群体的平均观测杂合度范围在0.305～0.457,说明卵叶羌活具有中到高度水平的遗传变异。基于Bayesian的群体结构分析表明,卵叶羌活的6个地理群体可以分为2个大的遗传分组,两组之间存在着一定程度的基因交流或遗传渐渗。结论二代高通量简化基因组测序技术极大丰富了珍稀濒危植物卵叶羌活的SSR数据库,其自然群体遗传变异式样可能与该物种较长的进化历史以及不同地理群体之间长距离的花粉扩散有关。     

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。     

马鞭草全长转录组测序分析

目的:利用高通量测序技术获得马鞭草Verbena officinalis L.的全长转录组基因信息。方法:通过PacBio Sequel高通量测序平台,对马鞭草根、茎、叶3个部位的混合样品进行全长转录组测序,并基于序列同源性对转录本进行功能注释,得到马鞭草全长转录组的遗传信息。结果:测序数据经过质控后获得197542个高质量的转录本及169063条环形一致性序列(CCS),检测出4955个转录因子。其中161062个(81.53%)转录本在非冗余蛋白(NR)、真核生物相邻类的聚簇(KOG)数据库、京都基因与基因组百科全书(KEGG)、基因本体(GO)数据库、蛋白家族(Pfam)数据库和SwissProt蛋白序列数据库中均得到注释。MISA分析发现54063个简单重复序列(SSR)位点,还预测到70050个长链非编码RNAs(lncRNAs)和45499个信使核糖核酸(mRNAs),并在马鞭草全长转录组中共鉴定到了60个转录本可能参与单萜类化合物的生物合成。结论:利用高通量测序技术和生物信息学分析获得了马鞭草的全长转录组信息特征,可为后期开展马鞭草功能基因鉴定、解析萜类化合物次生代谢途径及其调控机制提供参考。     

胡黄连2-C-甲基-D-赤藓糖-4-磷酸胞苷转移酶基因的生物信息学分析

目的研究胡黄连Picrorhiza kurrooa 2-C-甲基-D-赤藓糖-4-磷酸胞苷转移酶(MCT)基因特征并预测MCT结构与功能位点。方法以胡黄连MCT基因为研究对象,利用NCBI网站及生物信息学软件对其碱基分布、氨基酸组成、亲疏水性、保守区及二级结构和三级结构进行预测和分析;并对9个物种的MCT基因进行多重比对与进化分析。结果胡黄连MCT基因的mRNA序列长为1 216 bp(GenBank JQ991625.1),编码由399个氨基酸组成的蛋白质,该蛋白质相对分子质量为44 448.5,其中量最高的为Ser(10.0%);整个多肽中疏水性氨基酸占59.5%,平均疏水值为0.050;与丹参Salvia miltiorrhiza MCT氨基酸序列对比同源性最高,达99%。结论胡黄连MCT基因处于稳定状态,编码的蛋白为疏水性蛋白,在进化过程中是相对保守的,获得的保守区段序列信息为其他物种MCT基因的克隆奠定了基础。     

桑黄麦角甾醇生物合成关键酶PlERG24基因克隆与表达分析

目的 克隆桑黄菌丝甾醇C14还原酶（ERG24）基因全长,并进行生物信息学及表达模式的初步分析。方法 基于桑黄菌丝转录组数据设计PlERG24基因引物,采用PCR技术获得其cDNA全长序列,并通过Ex PASy等在线分析软件对其进行生物信息学分析,同时利用实时荧光定量PCR技术分析该基因的表达模式。结果 从桑黄菌丝中克隆到1 412 bp的PlERG24基因,开放阅读框长度为1 326 bp,编码441个氨基酸,理论相对分子质量为49 358.61,等电点为5.28,为不含信号肽的疏水性蛋白,推测定位于质膜,具有6个磷酸化位点;系统进化树分析表明,该序列与暴马桑黄的ERG24基因同源性最高。表达模式分析表明,在桑黄菌丝生长的一个周期内,PlERG24基因表达在25 d时达到最高6.36。结论 获得了PlERG24基因全长序列,为进一步研究该基因的功能以及利用基因工程等手段改良麦角甾醇生物合成途径奠定基础。     

温郁金法呢基焦磷酸合酶（CwFPPS）基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

目的 克隆温郁金Curcuma wenyujin萜类生物合成中的限速酶法呢基焦磷酸合酶（farnesyl pyrophosphate synthase，FPPS）的全长cDNA序列。方法 根据温郁金转录组数据设计特异引物，PCR扩增FPPS全长cDNA序列并对其进行生物信息分析；构建"基因-GFP"融合表达载体，利用农杆菌介导烟草叶片进行亚细胞定位分析；实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测基因在植物组织中的特异性表达。结果 温郁金CwFPPS基因全长1196 bp，包含1个长为1071 bp的开放阅读框，编码356个氨基酸，GenBank登入号为MT489462；CwFPPS编码蛋白属于类异戊二烯生物合成酶超级家族（C1）成员，包含5个保守的功能域，其中2个是富含天冬氨酸（DDXXD）的活性中心；亚细胞定位显示该蛋白位于泡质、细胞膜或细胞核上。qRT-PCR分析表明，CwFPPS基因在根茎中特异表达，相对表达水平是叶片中的13.7倍。结论 克隆获得的温郁金CwFPPS基因全长及其特异表达信息，可为后续进行基因功能鉴定及倍半萜成分的代谢工程研究提供依据。