颠茄托品烷生物碱合成途径基因表达分析与生物碱积累研究

托品烷类生物碱（tropane alkaloids,TAs）是临床上广泛使用的抗胆碱药物,颠茄是药典收录的TAs最主要的商业栽培药源植物。基于颠茄转录组测序数据构建TAs合成途径中9个结构基因（ODC,ADC,AIH,CPA,SPDS,PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ）UniGene序列的数字表达谱,采用qPCR对其中4个已报道基因（PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ）的表达水平进行验证分析,同时采用HPLC测定不同组织中TAs含量。数字表达谱分析结果表明4个TAs上游合成途径基因（ODC,ADC,AIH,CPA）和2个支路途径基因（SPDS,TRⅡ）在颠茄各器官中均有表达,但在须根中高水平表达;3个TAs合成途径特异的结构基因PMT,CYP80F1和H6H均只在须根中大量表达,主根中其次。qPCR检测PMT,CYP80F1,H6H,TRⅡ的表达结果与数字表达谱基本一致,但PMT,CYP80F1,H6H在主根中表达量很低。莨菪碱质量分数在嫩茎中最高（3.364 mg·g^-1）,幼叶,根,幼果和果萼中其次（分别为1.526,1.598,1.271,1.413 mg·g^-1）;东莨菪碱质量分数在果萼中最高（1.003 mg·g^-1）,嫩茎和幼叶（分别为0.600,0.601 mg·g^-1）中其次;2种生物碱在老茎（莨菪碱0.283 mg·g^-1,东莨菪碱0.043 mg·g^-1）和老叶（莨菪碱0.313 mg·g^-1,东莨菪碱0.080 mg·g^-1）中质量分数均为最低。该研究结果表明须根是颠茄TAs 生物合成主要器官,而地上幼嫩组织是TAs主要存贮积累器官,TAs合成后存在转运过程。PMT下游基因均只在须根中表达,筛选颠茄须根的转录组数据库就可能为解决该途径中不清晰的合成步骤和相关转录调控因子提供有力的帮助。     

rolB基因对颠茄表型发育和托品烷生物碱合成的影响

发根农杆菌pRiA4质粒上的rol基因是促进次生代谢的强效基因,可利用rol基因对颠茄进行分子育种以提升颠茄中托品烷生物碱(tropane alkaloids, TAs)含量。本研究将rolB基因在颠茄植株中进行超表达,为了研究rolB基因对颠茄TAs生物合成的影响,分析了转基因颠茄的表型、TAs含量及TAs合成途径中关键酶基因的表达水平。结果表明,转基因颠茄根系发达,叶片增大、叶片鲜重增加、叶片颜色加深,花朵增大、花形改变,雌蕊高度降低,花粉活力下降。转基因颠茄茎中TAs的含量显著高于对照,东莨菪碱、山莨菪碱、莨菪碱的含量分别为对照的2.11～2.91、1.23～2.37、4.88～5.20倍。与对照组相比, TAs合成途径中的关键酶基因N-甲基腐胺转移酶(PMT)、吡咯烷聚酮合酶(PYKS)、托品酮还原酶I (TRI)、芳香族氨基酸氨基转移酶4 (ArAT4)、UDP-糖基转移酶1 (UGT1)和莨菪碱6-β-羟化酶(H6H)的表达上调,且托品酮还原酶II (TRII)作为代谢分流基因表达下调。研究表明rolB基因通过增强TAs合成途径代谢流和减弱竞争支路代谢分流,增强了颠茄根中T...     

rolC基因对颠茄托品烷生物碱合成的影响

发根农杆菌浸染植物后产生的发根可合成高水平次生代谢产物,这种代谢增强作用是由rol基因诱导激发的,因此可利用rol基因提高颠茄中托品烷生物碱(tropane alkaloids, TAs)的合成能力。本研究以颠茄为实验材料,将发根农杆菌pRiA4质粒上的rolC基因通过CaMV35S启动子驱动,导入颠茄中超表达。分析转基因颠茄的表型、TAs含量以及TAs合成途径关键酶基因转录表达水平表化。结果表明,转基因颠茄表现出根系发达、雄性不育、雄蕊柱长高于雌蕊、提前开花、节间缩短、花小且多、腋芽和侧芽增多、顶端优势下降和叶片狭长等表型;转基因颠茄的TAs含量均显著高于对照,莨菪碱、山莨菪碱和东莨菪碱含量最高可达对照的2.58、3.59和15.77倍; TAs合成途径中的3个关键酶基因腐胺N-甲基转移酶(PMT)、托品酮还原酶I (TRⅠ)和莨菪碱6-β-羟化酶(H6H)的表达量与对照相比表达上调。以上研究表明rolC基因通过上调颠茄TAs合成关键酶基因的表达提高了颠茄中TAs的合成能力,为利用rolC基因进行高TAs含量的颠茄分子育种奠定了基础。     

颠茄AbCYP80F1基因的克隆与功能分析

目的克隆颠茄Ab CYP80F1基因和启动子序列,分析启动子上与调控信号和转录因子相关的调控元件,研究Ab CYP80F1基因超表达对颠茄发根中东莨菪碱积累的影响。方法以莨菪CYP80F1为探针,在颠茄转录组中进行Blastn检索获得同源的unigene。采用RACE技术克隆Ab CYP80F1全长,热不对称PCR技术克隆启动子序列,发根农杆菌浸染法获得超表达AbCYP80F1基因的颠茄发根,对培养的发根中东莨菪碱含量进行HPLC分析。结果克隆得到1 675 bp的全长Ab CYP80F1基因,其编码蛋白与铃铛子的CYP80F1亲缘关系最近。基因上游2 000 bp启动子上包含的顺式作用元件涉及光、无氧、生长素、茉莉酸、赤霉素和低温信号响应,同时包含有MYB、AP2/ERF、WRKY和bHLH转录因子的识别位点。超表达Ab CYP80F1基因使颠茄发根中东莨菪碱含量平均提高了1.8倍。结论 AbCYP80F1是颠茄须根特异性表达的合成途径基因,超表达能提高终产物东莨菪碱含量,Ab CYP80F1可能受到WRKY和bHLH转录因子的调控。     

颠茄精氨酸脱羧酶基因的克隆与表达分析

目的克隆颠茄Atropa belladonna精氨酸脱羧酶(arginine decarboxylase,ADC)基因并进行生物信息学、组织表达谱和诱导谱分析。方法以颠茄总RNA反转录的cDNA为模板,采用RACE技术克隆颠茄ADC基因的全长cDNA序列,利用BLAST和PBIL等在线工具进行生物信息学分析,采用实时定量PCR(q RT-PCR)技术对ADC基因进行组织表达谱和诱导谱分析。结果克隆到2个ADC基因,分别命名为AbADC1(登录号KT802752)和AbADC2(登录号KT802751)。AbADC1基因cDNA全长为2 817 bp,编码712个氨基酸残基;AbADC2基因cDNA全长为2 992 bp,编码715个氨基酸残基。蛋白质序列比对表明,AbADC1与马铃薯Solanum tuberosum ADC的相似性较高,为89%;AbADC2与曼陀罗Datura stramonium ADC的相似性较高,为90%。q RT-PCR检测结果表明,AbADC1在须根中的表达量最高,而AbADC2在主根中的表达量最高;AbADC1和AbADC2均不受盐胁迫响应,AbADC2受低温胁迫响应。结论首次克隆并获得了2条颠茄ADC基因全长序列,为进一步研究颠茄托品烷类生物碱的代谢合成奠定了基础。     

钩藤STR基因及其启动子的克隆与分析

根据钩藤转录组中STR基因核心序列设计特异性引物,并进行RACE扩增,克隆到UrSTR基因(GeneBank:OL310251)的cDNA全长1 541 bp,编码345个氨基酸;采用染色体步移克隆到UrSTR基因启动子(GeneBank:OL310252)序列1 179 bp。系统进化发育树分析显示,钩藤UrSTR蛋白与同为茜草科的美丽帽柱木和短小蛇根草的STR蛋白聚为一类,其亲缘关系最近;亚细胞共定位实验表明UrSTR蛋白定位于液泡膜上;SDS-PAGE结果表明pET-28a-UrSTR重组蛋白成功表达且大小与预期相符;启动子顺式作用元件分析表明其含有光响应、胁迫响应和激素响应有关的多种调控元件;启动子活性分析UrSTR基因启动子具有转录活性。成功克隆了UrSTR基因及其启动子序列并对其进行生物信息学分析和启动子活性分析;后期需要优化UrSTR原核表达体系,为进一步纯化UrSTR蛋白研究其结构和功能奠定基础。     

超表达HnCYP82M3和DsTRI基因对颠茄托品烷生物碱合成的影响

托品烷生物碱(TAs)是一类临床上广泛应用的抗胆碱药物,颠茄是提取TAs的主要药源植物,利用代谢工程技术大量获取TAs具有重要的产业价值。本研究基于开源引流代谢工程策略,在颠茄发根中超表达TAs合成途径分支处的细胞色素氧化酶(cytochrome oxidase, CYP82M3) HnCYP82M3 (来源于天仙子)和托品酮还原酶I(tropinone reductase I, TRI) DsTRI (来源于曼陀罗)两个酶基因,以期通过CYP82M3催化合成托品酮(开源), TRI进而将托品酮引入TAs合成的代谢方向(引流),大量促进3种TAs的积累。从天仙子根中克隆了HnCYP82M3基因,其编码氨基酸与颠茄AbCYP82M3序列一致性高达91.7%。单独超表达HnCYP82M3不影响颠茄发根TAs的含量,说明CYP82M3不是TAs合成的关键酶。同时超表达HnCYP82M3和DsTRI极大促进了3种TAs的积累,莨菪碱、山莨菪和东莨菪碱含量分别是对照的4.97倍、2.83倍和2.19倍,并且提高幅度大于DsTRI单表达。本研究证明分支点处酶基因共表达的开源引流策略是有效提高颠茄T...     

托品烷生物碱生物合成与代谢工程研究进展

托品烷生物碱是医药史上最古老的一类药物,常用的有莨菪碱（或其外消旋体阿托品）和东莨菪碱,它们都具有显著的抗胆碱活性,在现代临床上应用相当广泛。目前,市场上托品烷生物碱的供应完全依赖植物提取,但药源植物中生物碱含量往往较低,培育高含量托品烷生物碱的药源植物成为领域内共同追求的目标,利用生物技术提高发根或植株中托品烷生物碱含量成为次生代谢领域的研究热点。近10年来,托品烷生物碱的生物合成分子生物学研究取得了重要进展,代谢工程也获得了大量研究成果,本文对这两方面的研究进展进行综述,并对存在的关键问题和未来研究方向进行分析和展望。     

综合护理干预对腹股沟疝手术患儿依从性及术后并发症的影响

目的探讨综合护理干预对腹股沟疝手术患儿治疗依从性及术后并发症发生率的影响。 方法选择2017年1月至2021年12月于宣城市中心医院手术治疗的96例疝患儿的临床资料,随机分为常规组和综合组,每组48例。常规组患儿采用常规围手术期护理模式干预,综合组患儿采用综合护理模式干预。对比2组患儿的心理状态水平、治疗依从性情况、术后并发症情况以及家长满意度情况。 结果2组患儿护理后的汉密尔顿焦虑自评量表、儿童抑郁量表水平均有所下降,且综合组低于常规组（P<0.05）;综合组患儿的治疗依从率显著优于常规组（P<0.05）;综合组患儿的术后并发症发生率显著低于常规组（P<0.05）;综合组的家长满意度显著优于常规组（P<0.05）。 结论综合护理干预可有效提高疝手术患儿的治疗依从性,改善患儿内心的负面情绪,提高患儿家长对治疗以及护理服务的满意度。