药用植物鲨烯环氧酶基因研究进展

鲨烯环氧酶在角鲨烯合成2,3-氧化鲨烯的过程中起催化作用,继而影响以2,3-氧化鲨烯为前体的三萜皂苷、甾体皂苷等药用植物次生代谢产物的生物合成。鲨烯环氧酶被认为是萜类、甾醇类物质生物合成途径中的关键酶,已在多种药用植物中被广泛研究。概述鲨烯环氧酶基因的克隆提取材料与生物信息学分析、组织特异性与茉莉酸甲酯（MeJA）诱导调控、亚细胞定位、基因功能分析几个方面的研究进展。     

三七皂苷合成及调控机制的研究进展

三七是我国传统的名贵药材,在活血祛瘀、通脉活络、改善心肌缺血等方面具有重要的临床效果。三七主要活性成分为三七皂苷,包括人参皂苷Rb1,人参皂苷Rg1和三七皂苷R1,均属于达玛烷型四环三萜化合物。本文对三七皂苷的生物合成途径及分子调控机制的最新研究进行了分析、整理和归纳,基于其他植物的研究结果,认为达玛烷型四环三萜皂苷主要通过乙酸/甲羟戊酸途径合成,包括异戊烯基焦磷酸、二甲基烯丙基焦磷酸的合成,2,3-氧化鲨烯的合成及环化、羟基化、糖基修饰等过程,涉及鲨烯合成酶、法呢基焦磷酸合成酶、鲨烯环氧酶、达玛烯二醇合成酶、糖基转移酶等关键合成酶,分析了关键合成酶的作用、表达特性、不同物种来源关键酶氨基酸序列的同源性及其对皂苷积累的影响;同时分析了三七皂苷对重金属、植物激素、内生真菌、温度、营养因子等环境因素刺激的响应方面,二者之间关系复杂,但皂苷类成分含量与各因子在一定范围或特定因子刺激下呈正相关。目前,相关研究主要集中在各个独立的关键酶基因的表达特性和对外界因子的响应,对于具体的催化过程、结构修饰和转录水平的调控仍处于初级阶段,缺乏系统性和完整性的认知。     

野三七鲨烯环氧酶基因的克隆及原核表达

目的:对野三七中可能参与三萜皂苷合成的关键酶鲨烯环氧酶基因(Pvf SE)进行克隆,并对其进行生物信息学分析和原核表达。方法:采用Trizol法提取野三七根的总RNA并反转录为c DNA第一链,基于野三七的转录组数据,设计Pvf SE基因序列特异性引物,克隆基因全长,利用相关软件对该基因进行生物信息学分析,构建p Mal-c2X-Pvf SE原核表达载体,在大肠埃希菌中诱导表达重组蛋白。结果:Pvf SE开放阅读框为1 887 bp,编码628个氨基酸,蛋白相对分子质量为68. 8 k Da,理论等电点为9. 28,脂肪系数为95. 18,亲水性系数为-0. 060,不稳定指数为40. 36,属于不稳定蛋白。生物信息学分析表明,Pvf SE具有2个跨膜结构域,无信号肽,可能定位在叶绿体或细胞质膜上,具有FAD/NAD(P)结合域和鲨烯环氧酶结构域,属于混合型蛋白。Pvf SE与西葫芦和芒柄花中参与三萜皂苷合成的鲨烯环化酶(Cp SE1,Cp SE3,Os SE1,Os SE2)亲缘关系较近。此外,在大肠埃希菌BL21(DE3)中成功表达Pvf SE的重组蛋白。结论:克隆得到Pvf SE基因,并在大肠埃希菌中成功表达其重组蛋白,为进一步研究Pvf SE的功能和解析野三七中三萜皂苷生物合成途径奠定了基础。     

桑黄鲨烯环氧酶基因克隆与序列分析

目的对参与桑黄三萜合成途径的关键酶鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)进行基因全长克隆和生物信息学分析。方法以桑黄总RNA为模板,采用RT-PCR和RACE技术克隆桑黄SE基因的全长c DNA和DNA序列,并通过Ex PASy在线分析等方法对其进行生物信息学分析。结果序列分析表明,SE基因全长2 145 bp,包含6个外显子和5个内含子;所克隆的c DNA全长为1 856 bp,包含1个1 452 bp的开放阅读框,编码483个氨基酸的蛋白,命名为Ib SE1,预测该蛋白的相对分子质量为5.3×104,等电点(p I)为8.41,无信号肽。结论首次克隆并获得桑黄鲨烯环氧酶基因全长序列,为进一步阐明桑黄三萜代谢途径和改善中药材品质奠定基础。     

植物五环三萜类化合物生物合成途径研究进展

五环三萜类化合物是一类重要的植物次生代谢产物,由6个异戊二烯单元组成,在自然界中普遍存在,具有广泛的药理作用。五环三萜类化合物结构丰富多样,根据其苷元的不同,可分为齐墩果烷型、羽扇豆烷型、乌苏烷型和木栓烷型4大类。植物五环三萜类化合物主要由甲羟戊酸途径和戊糖磷酸途径合成,2,3-环氧角鲨烯前体在氧化鲨烯环化酶的作用下环化为不同的骨架,继而在细胞色素P450以及糖基转移酶的修饰下形成多种皂苷。综述了植物五环三萜类化合物生物合成途径的研究进展,对参与合成途径的关键家族基因进行系统分析和催化机制的解读,为寻找未知五环三萜类化合物生物合成途径关键基因和五环三萜化合物异源生物合成提供参考。     

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。     

植物2,3-氧化鲨烯环化酶的研究进展＊

三萜化合物是一类具有重要生物活性的天然产物，其生物合成途径受到极大的关注，在植物中它们都是由异戊二烯代谢途径，经过2，3-氧化鲨烯环化及羟基化和糖基化修饰产生，2，3-氧化鲨烯环化酶（OSC）催化底物环化生成三萜骨架是三萜结构多样和生物活性的基础。本综述对植物OSC基因的研究方法、克隆和功能鉴定、进化及酶结构和催化机制等各个方面的研究进展进行了综述，为植物三萜代谢途径解析，特别是OSC功能的研究提供了依据。最后，从酶挖掘、结构预测和定向进化三个方面展望了植物OSC今后的发展和突破。     

20种中药基原植物鲨烯合酶基因的生物信息学分析

目的鲨烯合酶(squalene synthase,SQS)是三萜化合物合成途径中的关键限速酶,对其蛋白特性进行分析与预测。方法利用生物信息学相关分析工具对20种《中国药典》2015年版收录中药基原植物SQS的理化性质、结构特征及功能特点进行分析。结果20种中药基原植物有关各条SQS氨基酸序列,其在氨基酸长度、氨基酸组成、相对分子质量及平均亲水系数方面基本一致;所有的SQS均未发现信号肽;二级结构具有明显的一致性,并且α-螺旋和无规则卷曲是主要的结构元件;所有SQS蛋白均含有4个高度保守的结构域和在氨基酸的C端有1~2个跨膜结构;系统进化树结果与植物系统分类学结果基本一致。结论这20种中药基原植物的SQS的特性差别不大,进化距离也比较近,显示SQS具有较高的保守性和稳定性。分析结果为SQS的功能和作用机制研究提供依据。     

茯苓鲨烯环氧酶基因克隆与表达分析

目的：从茯苓中克隆参与茯苓三萜合成路径中的潜在关键限速酶鲨烯环氧酶（SE）,并对其进行生物信息学及表达分析。方法：采用试剂盒提取总RNA,反转录为cDNA,设计特异性引物,以cDNA为模板,进行SE基因的克隆,对该基因进行生物信息学分析。通过实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检查茯苓鲨烯环氧酶基因（PcSE）在茯苓神舟10号、湘靖28、5.78菌株中的表达。结果：PcSE的基因全长为1 571 bp,包含4个外显子,3个内含子。获得编码区域（CDS）序列长为1 413 bp,编码470个氨基酸。该蛋白为疏水性蛋白,无信号肽,有2个跨膜结构域,具有FAD/NAD(P)结合域和鲨烯环氧酶结构域,定位于线粒体或质膜上。与多孔菌科真菌的同源序列比对一致性为80.92%;系统进化树显示PcSE蛋白与美国茯苓的亲缘关系最近。Real-time PCR结果显示,PcSE基因在3个菌株中均有表达,在5.78菌株中的表达量最高,3个菌株的PcSE表达差异不存在统计学意义。结论：首次从茯苓中克隆并分析茯苓PcSE基因,为进一步研究茯苓PcSE的功能及解析茯苓三萜生物合成途径提供了基础...     

基于二代测序技术的黄芪萜类合成酶基因挖掘与生物信息学分析

目的:对黄芪萜类合成酶(TPS)基因进行挖掘与生物信息学分析,为黄芪萜类化合物特别是三萜皂苷的合成、积累作用及其分子机制研究奠定基础。方法:通过二代测序技术构建黄芪转录组文库,根据基因注释信息进行TPS序列初步筛选,BLAST同源比对确认。运用MEGA 4. 0构建邻接(NJ)系统进化树,采用在线工具开放阅读框(ORF) Finder,Compute p I/Mw,Prot Comp 9. 0进行生物信息学分析。结果:共获得76条TPS序列,其中13条拥有完整的ORF。获得的TPS序列中注释为TPS10序列最多,其次为大根香叶烯D合成酶和单萜合成酶;选取17条代表性TPS序列进行同源性分析,发现黄芪TPS序列分为3个类群,每一类群均包括Ⅰ型和Ⅱ型萜类合成酶序列。此外,挖掘得3条环阿屯醇合酶(CAS)序列,其中原始编号为CL6827. Contig1和Unigene19112的CAS序列具有完整的ORF,所编码蛋白质序列长度分别为795,757个氨基酸,亚细胞定位于内质网,与已报道黄芪CAS序列同源性最高。结论:利用黄芪转录组文库成功挖掘得黄芪单萜、倍半萜及三萜合成环化酶基因,定位于内质网的CAS序列与三萜皂苷主要由细胞质中的甲羟戊酸途径合成特征吻合。