作物中4一香豆酸辅酶A连接酶的遗传进化分析

4一香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是苯丙烷类代谢途径的关键酶。2014年着重以水稻、大豆、玉米为研究对象,通过收集4CL基因完整的cDNA和编码氨基酸序列的数据,利用Mobyle,EMBOSS,DNAMAN以及MEGA5.0和Clustalx1.83等生物信息学软件对数据进行分析比较,从而对4CL基因的遗传进化及密码子使用进行分析总结。本研究构建了4CL的系统发生树,研究基因的密码子偏好性,比对分析酶的保守区,为进一步研究4一香豆酸辅酶A连接酶在农作物中的应用提供理论支持,为研究其次级代谢产物木质素及黄酮类物质的合成、积累和调控奠定基础。     

西南桦4CL基因的克隆及表达分析

为研究西南桦(Betula alnoides)中木质素生物合成途径的关键酶4-香豆酸:辅酶A连接酶的调控机制,本研究采用RT-PCR技术从西南桦中克隆得到一个具有完整开放阅读框的4-香豆酸:辅酶A连接酶基因(Ba4CL, NCBI登录号为MK959316),该基因全长1 629 bp,共编码542个氨基酸。西南桦Ba4CL与光皮桦(Betula luminifera, ACJ38668.1) 4CL的蛋白序列同源性为99.63%,与白桦(Betula platyphylla, AAV65114.1)4CL同源性为99.45%;Ba4CL基因拥有4CL基因家族的保守域及具有保守序列SSGTTGLPKGV和GEICIRG,Ba4CL与桦木属植物白桦和光皮桦聚在一起。Ba4CL基因在西南桦的根、小枝、树皮和叶片中均有表达,且在小枝中表达量最高,树皮次之。本研究为培育西南桦优良用材品种提供参考。     

杉木Cl4CL基因的克隆及表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)催化肉桂酸、对-香豆酸等生成相应的辅酶A脂,是调控木质素单体合成的关键酶。本研究在杉木中克隆了4CL基因,长度为1 596 bp,包含完整开放阅读框,编码531个氨基酸,命名为Cl4CL基因。Cl4CL酶包含20种氨基酸,其中酸性氨基酸含量微高,并含有信号肽,属于分泌蛋白。Cl4CL包含两种高度保守的肽基序,分别为肽基序BoxⅠ(SGTTSRPKGV)和肽基序BoxⅡ(GEVCIRG),其中肽基序BoxⅠ属于AMP结合功能域,肽基序BoxⅡ含有催化反应基团。通过对Cl4CL基因的表达分析发现低氮胁迫下Cl4CL呈现下调表达。     

甘青青兰Dt4CL基因过表达载体构建与生物信息学分析

4香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate:coenzyme A ligase, 4CL)是黄酮类、木质素生物合成的关键酶之一,位于苯丙氨酸代谢途径的主途径向分支途径过渡的关键点上,控制进入不同的次生代谢支路以产生不同的次级代谢产物。本试验以甘青青兰(Dracocephalum tanguticum Maxim)为材料,利用PCR技术从甘青青兰中克隆出该家族成员一个基因,命名为Dt4CL1,利用双酶切及质粒重组法构建过表达载体Dt4CL1-PHB。对该基因编码的蛋白进行理化性质、疏水性、信号肽、二级结构、三级结构及系统进化树等生物信息学分析。结果显示该基因ORF全长1 719 bp,编码572个氨基酸,预测分子量为61.61 kD,理论pI为5.39。系统进化分析表明,Dt4CL1蛋白与丹参、夏枯草及小冠薰的4CL蛋白同源性最高。本研究结果为之后研究Dt4CL1的功能提供科学依据。     

桂花(Osmanthus fragrans Lour.)4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)基因克隆与表达分析

本研究运用RT-PCR和RACE方法,从‘橙红丹桂’花瓣中克隆出了桂花4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)基因。生物信息学分析和实时定量分析表明,本实验所克隆的基因(全长2 054 bp)是4CL基因家族的成员之一;时空表达分析发现,4CL基因在花组织中特异性表达,营养器官根、叶中表达量均很低;4CL基因在开花过程中的时间表达趋势是"低-高-低",其表达水平变化趋势与花青素和类胡萝卜素含量变化趋势类似。我们推测本研究克隆出的4CL基因与桂花花色代谢相关。     

白桦4CL基因启动子克隆及表达分析

为研究4-香豆酸辅酶A连接酶基因(4CL)在白桦木质素合成代谢过程中的组织特异性表达,利用染色体步移法克隆其启动子,用该启动子定向置换pBI121载体的35S启动子,构建重组载体P_(4CL)::GUS。利用瞬时转化法将重组载体转入白桦实生苗茎后进行GUS染色。结果显示:获得了4CL基因编码区起始密码子上游长1344 bp的启动子序列,该启动子除分布有TATA-box、CAAT-box等基本的转录起始元件外,还存在多个顺式作用元件序列位点,包括35S启动子作用元件ASF,参与脱落酸响应的顺式作用元件ABRE,参与茉莉酸甲酯响应的顺式调控元件CGTCA-motif,以及光反应元件G-Box、ACE、4CL-CMA2b等;启动子表达分析结果显示经过瞬时侵染的白桦茎段被染成蓝色。以上结果表明克隆获得的4CL基因启动子具有启动子表达活性,其可能参与了白桦木质部的发育。     

利用4-香豆酸:CoA连接酶基因Mu4CL15提高香蕉植株的倒伏抗性

香蕉产业在中国热带亚热带地区发挥着重要作用。中国的香蕉生产经常因为台风而大幅减产。培育抗倒伏香蕉品种是解决这一问题的根本途径。植物茎秆的倒伏抗性主要取决于木质素含量。4-香豆酸:Co A连接酶位于植物木质素合成代谢途径的入口处,是植物木质素合成代谢的限速步骤。香蕉4-香豆酸:Co A连接酶基因Mu4CL15与功能已知的高粱4-香豆酸:Co A连接酶基因bmr2的序列高度相似。将Mu4CL15转化进入普通香蕉巴西蕉以后,只转化空载体的香蕉幼苗假茎木质素含量为(5.3±0.5)%,而转化Mu4CL15的香蕉幼苗的假茎木质素含量为(10.3±0.6)%,转化Mu4CL15的香蕉幼苗的假茎木质素含量显著高于只转化空载体的香蕉幼苗。转化Mu4CL15的香蕉幼苗的假茎物理强度显著高于只转化空载体的香蕉幼苗。通过向香蕉转化4-香豆酸:Co A连接酶基因提高香蕉抗倒伏能力是完全可行的。     

木质素生物合成途径中关键酶基因的分子特征

本文主要对苯丙氨酸裂解酶（phenylalanine ammonia-lyase,PAL）基因、4-香豆酸辅酶A连接酶（4-coumarate-CoA ligase,4CL）基因、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD）基因、过氧化物酶（peroxidase,POX）基因、漆酶（laccase,LAC）基因、dirigent（DIR）蛋白基因等木质素生物合成途径中关键酶基因的克隆、表达、调控等研究进展进行综述,旨在揭示上述木质素生物合成途径中关键酶基因的分子特征,为通过转基因技术来调控植物体中木质素的含量及其化学组成从而得到改良的新植物资源提供思路。     

小麦Ta4CL1基因的克隆及其在促进转基因拟南芥生长和木质素沉积中的功能

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL; EC 6.2.1.12)位于苯丙烷途径分支点的上游,是苯丙烷代谢途径的核心酶,可产生木质素、黄酮类等化合物,这些化合物对植物的生长发育及环境适应性均具有重要作用。在双子叶植物中,有关4CL的研究较多,而在单子叶植物尤其是作物中的研究相对较少。本研究利用RACE技术从普通小麦中克隆了一个4CL基因Ta4CL1。系统发育分析表明,Ta4CL1与水稻、玉米和高粱等植物中在木质素合成中具有重要作用的4CLs聚成一类;利用Ta4CL1过表达、拟南芥4CLs突变体at4cl1、at4cl3和at4cl14cl3及其功能回复株系进行的分析表明,Ta4CL1与At4CL1功能相似,在植物木质素合成中具有重要作用,但未参与黄酮类化合物生物合成的调控过程;Ta4CL1是转基因拟南芥中4CL酶活性的主要贡献者。过表达Ta4CL1的转基因拟南芥叶片增大、茎更粗; Ta4CL1的表达还受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonic acid, MeJA)、赤霉素(Gibberellin, GA)和生长素(Indoleacetic acid, IAA)等激素处理的影响。本研究为利用...     

香蕉抗风育种的可行性分析

为分析香蕉抗风育种的可行性,本综述分别对植物抗倒伏的机理、植物木质素的合成代谢与调控等方面的研究进展进行综述,对植物茎秆4-香豆酸:Co A连接酶基因的表达量、茎秆木质素含量与茎秆强度之间的关系进行分析,对香蕉抗风育种的可行性进行探讨。结果显示4-香豆酸:Co A连接酶位于木质素单体合成代谢的入口处,过量表达4-香豆酸:Co A连接酶基因很可能能够大幅提高香蕉假茎的木质素含量,进而增强香蕉假茎的抗风能力。香蕉是中国产量最大的热带水果。台风每年给中国香蕉生产带来巨大损失。分析香蕉抗风育种的可行性,进行抗风育种对于发展中国香蕉产业具有重要意义。通过提高4-香豆酸:Co A连接酶基因的表达量,增加香蕉假茎的木质素含量,进而增强香蕉假茎的抗风能力,培育香蕉抗风新品种,具有较高的参考价值。