芒果(Mangiferaindica)ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS的克隆及生物信息学分析

以‘红玉’芒果采后96 h的果皮为材料,采用RT-PCR技术从芒果(Mangifera indica)果皮中克隆到ζ-胡萝卜素脱氢酶基因(ZDS),其c DNA全长为1 883 bp,具有1 710 bp的开放阅读框(ORF),编码569个氨基酸。对芒果ZDS蛋白的亲水/疏水性进行预测,发现芒果ZDS蛋白所含的氨基酸亲水/疏水性主要介于+2.5~-2.6之间。通过在线软件对其进行了定位预测及二级结构和三级结构进行了预测,发现ZDS定位在叶绿体中,ZDS基因编码的蛋白质有16个螺旋,13个折叠,通过系统进化树分析发现芒果中ZDS基因编码的蛋白与柚子、甜橙、蜜柑等植物的亲缘关系比较近。     

黄瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因克隆及表达分析

以西双版纳黄瓜为试材,从黄瓜果肉中克隆ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)基因的cDNA序列,命名为CsZds。获得目的片段长度为1805bp,该序列具有完整的开放阅读框,位于31~1761bp,编码576个氨基酸。序列比对分析结果显示,该蛋白在氨基端变化十分明显,中部较为保守,存在一个特征序列。系统进化分析表明,推测的CsZDS蛋白与南瓜中ZDS蛋白同源性最高,达到91.84%。利用实时荧光定量PCR技术分析结果显示,随着果实成熟期的延长,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量呈明显上升的趋势,在转色期达到最大。在果实发育过程中,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量高于普通黄瓜。     

芒果八氢番茄红素脱氢酶(PDS)基因的克隆与表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase, PDS)影响类胡萝卜素的合成,是合成途径中关键基因。为了研究芒果果实中PDS基因的功能,本试验采用RACE方法从‘贵妃’芒果果实中克隆得到了一个八氢番茄红素脱氢酶(PDS),该基因全长c DNA序列为1 820 bp,开放阅读框为1 650 bp,编码549个氨基酸,分子重量为61.34 kD,等电点为6.78。聚类分析发现芒果PDS蛋白与柚子、香瓜和番木瓜等植物的亲缘关系较近。其氨基酸组成主要是丙氨酸(ALa),白氨酸(Leu),缬氨酸(Val)等。利用定量PCR技术对不同品种中的PDS基因表达量分析,发现红色‘贵妃’品种表达量最高,而绿色‘桂七’品种表达量最低,对其蛋白的结构域、三级结构及互作蛋白进行了预测,发现其含有Phytoene-desat、PLNO2487 superfamily等结构域。利用STRING数据库对其互作蛋白进行分析发现其与PSY、ZDS、CRTISO等蛋白可能有相互作用。本研究为进一步研究芒果果实类胡萝卜素生物合成的分子调控机理提供理论依据。     

西瓜TPS家族基因的鉴定、分类与分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)是海藻糖合成过程的关键酶,与植物抗逆性密切相关。本研究利用西瓜基因组数据库,通过生物信息学对西瓜TPS家族基因进行鉴定分类,基因结构,染色体位置,蛋白结构域、系统进化、基因表达进行分析。研究结果表明:西瓜中TPS家族基因共有7个成员;7个TPS基因分为ClassⅠ和ClassⅡ两类,ClassⅠ包含有2个基因(ClTPS2,ClTPS7),其余为ClassⅡ;染色体定位分析发现,西瓜TPS家族基因成员均单个分布在7条染色体上;蛋白结构域分析显示,西瓜中TPS家族基因具有典型的TPS结构域和TPP结构域;系统进化显示,TPS家族蛋白分为四个类群,西瓜TPS蛋白在三个类群中都有分布,暗示了西瓜TPS蛋白家族成员起源的多样性;表达分析显示,西瓜TPS家族基因对渗透胁迫有不同程度的应答模式。这些研究结果为进一步解析西瓜TPS家族基因的生物学功能以及利用基因工程提高西瓜抗逆性提供了理论指导。     

ClaMADS12基因克隆及在西瓜果实发育中的表达特性分析

本研究从西瓜果实发育转录组数据中,筛选出ClaMADS12基因,并对其进行基因克隆、生物信息学以及初步表达分析。生物信息学分析显示该基因的开放阅读框为3 374 bp,编码区全长621 bp,共编码206个氨基酸。结构域分析显示,该基因含有一个典型的“MADS-box”保守结构域,位于从N端第1到75个氨基酸,属于MADS-box家族。对其蛋白质的理化性质分析显示,ClaMADS12蛋白以异亮氨酸为主,无信号肽和跨膜结构域,属于不稳定型、亲水蛋白,亚细胞定位预测该蛋白位于细胞核。对该基因进行同源性比对及系统进化树分析显示,冬瓜MADS-box 12基因与ClaMADS12亲缘关系最近,同源性高达95.61%。RT-PCR分析表明,ClaMADS12在西瓜果实发育中,相对表达量与果肉质地的软化呈正相关。本研究为进一步明确ClaMADS12基因在西瓜果实发育中的功能提供依据。     

植物类胡萝卜素生物合成相关基因的表达调控及其在植物基因工程中的应用

类胡萝卜素是人类饮食结构中不可缺少的重要成分,具有多种重要的保健功能,尤其是有些类胡萝卜素,如β-胡萝卜素是合成维生素A的前体,具有抗癌和提高免疫力等功效。类胡萝卜素还广泛用于医药和化妆品工业。迄今为止,自然界中发现的大多数类胡萝卜素都是微量的中间产物,很难直接利用。本文概述了高等植物类胡萝卜素生物合成途径、类胡萝卜素生物合成关键酶基因的克隆,如异戊烯焦磷酸异构酶、牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶、八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素脱氢酶、ζ-胡萝卜素脱氢酶、!-番茄红素环化酶、ε-番茄红素环化酶,并对这些关键酶基因的功能进行鉴定。以水稻、油菜、马铃薯和番茄为例,阐明了类胡萝卜素合成关键酶基因在植物基因工程中的应用。将黄水仙的Psy和Lcy-b以及噬夏孢欧文氏菌(Eriwiniauredovora)CrtI基因同时转入水稻,水稻种子内胚乳类胡萝卜素含量得到提高。另外,在油菜、马铃薯和番茄中转入与类胡萝卜素合成相关的基因,类胡萝卜素含量也发生不同程度的提高,基因表达水平也发生变化。阐述了通过基因操作技术只能得到极少量的类胡萝卜素,只有进一步弄清类胡萝卜素代谢途径,提高外源基因在植物中的特异表达,才能合成大量类胡萝卜素,使类胡萝卜素遗传操作技术成功运用于作物品质改良。     

烟草β-胡萝卜素羟化酶基因的特征分析

β-胡萝卜素羟化酶基因在植物类胡萝卜素的合成代谢过程中起着关键的作用。烟草中的类胡萝卜素是烟叶香气物质的主要前体物之一。本研究克隆了烟草4个β-胡萝卜素羟化酶基因。烟草β-胡萝卜素羟化酶基因与其它作物的BCH基因具有相似的结构,由7个外显子和6个内含子组成。其编码的蛋白包含BCH蛋白的保守结构域,即脂肪酸羟化酶超家族保守域。进化分析表明,烟草Nt BCH蛋白与番茄、枸杞、辣椒等茄科作物的BCH蛋白遗传距离较近。组织特异性表达分析表明,Nt BCH1和Nt BCH2基因主要在叶和花中表达,Nt BCH3和Nt BCH4主要在根和花中表达。从本研究结果推断,可以通过调控Nt BCH1和Nt BCH2基因的表达控制烟叶中类胡萝卜素的含量。     

桃果实β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆及表达模式分析

胡萝卜素羟化酶是类胡萝卜素合成代谢途径中的关键酶,可以将合成代谢途径中产生的含β-环的类胡萝卜素转化成β-隐黄素和玉米黄素。利用同源克隆技术获得桃果实β-胡萝卜素羟化酶(HYb)基因的全长核苷酸序列,命名为PpHYb。PpHYb基因全长1 405 bp,编码区长933 bp,共编码翻译成310个氨基酸。进化树分析发现PpHYb与草莓FaHYb亲缘性较高。序列分析发现PpHYb与其他物种中的HYb一样,同样含有模体为“HXXXXH”+“HXXHH”的保守基序。实时荧光定量PCR结果显示PpHYb基因在黄肉品种‘金丽’桃果实软核期、硬核期、膨大期、硬熟期和完熟期中均有表达。当果实处于硬熟期之前时,PpHYb基因在果皮和果肉中的表达逐渐升高并达到最大值;当果实处于完熟期时,PpHYb基因在果皮和果肉中的表达略有下降,且在果皮中的表达显著高于果肉。本研究通过对桃果中PpHYb基因的克隆和表达分析,为进一步研究类胡萝卜素生物合成途径提供了基础。     

香蕉乙醇脱氢酶基因的克隆及其逆境胁迫表达

香蕉乙醇脱氢酶基因的克隆及在逆境胁迫下的表达分析,将为进一步研究ADH在香蕉中的功能奠定基础。本研究从香蕉果实抑制差减文库中获得一条香蕉乙醇脱氢酶基因片段,采用RACE技术获得其全长,命名为MaADH。MaADH的cDNA全长1140 bp,编码379个氨基酸。生物信息学分析该基因编码的蛋白分子量为40.7 kDa,等电点为7.09。保守结构域分析发现,该基因具有MDR保守结构域,包含22个NAD结合位点、11个底物结合位点和4个锌结合位点。系统进化树分析表明,MaADH与拟南芥和甘蓝亲缘关系较近。MaADH在盐胁迫和低温胁迫处理的香蕉苗中上调表达;在干旱胁迫下该基因是先上调表达,随后下调表达;在伤害胁迫下是先下调表达后上调表达,但变化不明显。研究说明,香蕉中的乙醇脱氢酶基因在香蕉适应盐、低温、干旱和伤害等逆境中发挥重要的作用。     

金花茶CnBCH基因cDNA全长克隆及生物信息学分析

利用CODEHOP和RACE方法,从珍稀观赏植物金花茶(Camellia nitidissima)花瓣中克隆得到了β-胡萝卜素环羟化酶(β-carotene hydroxylase,BCH)基因的cDNA全长,命名为CnBCH。碱基序列分析结果表明,该CnBCH基因全长1 089 bp,包含58 bp的5'非翻译区(untranslated regions,UTR)、105 bp的3'UTR和927 bp编码308个氨基酸的开放阅读框。生物信息学分析表明,该基因编码的蛋白质为不稳定亲水性蛋白,分子量为34.42 k D,无信号肽,含有4个跨膜结构域,一个脂肪酸羟化酶超家族(FA_hydroxylase super family)功能结构域以及BCH功能结构域(PLN02601);CnBCH二级结构以α-螺旋为主,其次为无规则卷曲,β-折叠所占比例最少。氨基酸序列比对分析结果显示,CnBCH与茄科、蔷薇科等植物BCH蛋白同源性都在70%以上,与柿树(Diospyros kaki T.)BCH同源性最高。本研究为进一步了解CnBCH基因的功能及其在金花茶花瓣类胡萝卜素合成中的作用提供了帮助。     

栀子果实中西红花总苷合成途径GjLCY b2基因的克隆与表达

西红花总苷是栀子果实中的次生代谢产物,具有重要的药理作用,也是国际流行的天然色素"栀子黄"的主要成分。番茄红素β-环化酶b(lycopeneβ-cyclase,LCY b)催化合成了西红花总苷代谢途径的前体化合物-β-胡萝卜素。本研究利用RACE技术,从栀子果实中克隆了一条长1 672 bp的序列,含有一个1 500 bp的开放阅读框,编码499个氨基酸组成的蛋白质。该蛋白具有番茄红素β-环化酶的结构域,分子量为56.39 k D,N端有一个40个氨基酸组成的质体定位的信号肽,属于LCY b亚家族,因此命名为GjLCY b2。进行密码子优化后,利用两种原核表达系统诱导GjLCY b2融合蛋白表达,p SYNO-1系统可以在大肠杆菌中表达出可溶蛋白,p ET-28a(+)系统表达的蛋白以包涵体形式存在。荧光绝对定量q PCR检测结果表明,在栀子果实发育成熟的过程中,GjLCY b2基因的表达量变化与西红花总苷的合成量变化趋势一致,表明GjLCY b2基因可以作为遗传操作的靶点,进行栀子果实中西红花总苷生物合成途径的调控。     

甜瓜CmDWF1基因的克隆及表达分析

油菜素内酯是调节植物生理活动的重要植物激素,DWF1是油菜素内酯合成途径中重要的合成酶之一。为了研究油菜素内酯合成酶基因DWF1在甜瓜果实发育过程中的功能,从甜瓜中克隆得到CmDWF1基因,并对该基因及其编码蛋白进行了生物信息学分析。利用实时荧光定量PCR方法分析了该基因在甜瓜不同组织器官中的表达。结果表明:CmDWF1基因的开放阅读框片段长为1 701 bp,编码566个氨基酸,预测其编码蛋白的分子质量为66.115 11 ku,理论等电点为6.96,不稳定指数为48.18,总平均亲水性为-0.402,属于亲水性蛋白。CmDWF1蛋白含有FAD-binding-4结构域,推测其具有FAD氧化还原酶特性。该蛋白信号肽序列,在细胞质中的定位系数为9,推测其主要在细胞质中分布。二级结构预测显示,CmDWF1蛋白中α-螺旋的含量相对较高,为37.81%。系统进化分析表明,CmDWF1蛋白与黄瓜的亲缘关系较近;实时定量PCR结果表明,该基因在甜瓜的根、茎及叶中均有表达,但在根中表达量最高,并且在甜瓜果实授粉后25 d内表达量有明显的上升,35～45 d内表达量呈下降趋势。由以上结果可知,CmDWF1基因可能参与甜瓜油菜素内酯的合成,并进一步调节甜瓜的生长发育。     

大豆苹果酸脱氢酶基因的电子克隆与生物信息学分析

利用电子克隆技术获得大豆中的苹果酸脱氢酶基因cDNA序列,并对基因及其编码蛋白进行生物信息学分析和预测,为进一步克隆该基因、解决植物磷高效基因数量缺乏等问题提供依据。结果表明,大豆中的苹果酸脱氢酶基因(GmMDH1)cDNA序列长度为1 574 bp,开放阅读框1 230 bp,编码409个氨基酸残基;编码蛋白含有NAD bindingsite,Dimerization interface,Substrate binding site,MDH_glyoxysomal_mitochondrial结合位点和保守域,属于LDH_MDH_like Superfamily家族;亚细胞定位分析显示,编码蛋白位于植物细胞的叶绿体中。     

香蕉ACS基因家族的系统进化分析

ACS是高等植物中乙稀生物合成过程中的关键限速酶,对香蕉果实合成乙烯起到至关重要的作用。目前学界关于对ACS基因家族在香蕉的研究很少,此研究采用生物信息学分析技术,对香蕉ACS基因的理化性质、二级结构预测、亚细胞定位、内含子和外显子结构和保守结构域进行预测与分析,结果表明:编码香蕉ACS的基因有14个,14个MaACS蛋白中有5个偏酸性,9个偏碱性,MaACS基因家族编码的氨基酸的范围在422~684 aa,编码的蛋白相对分子量介于47 244.6~75 564.7 Da之间。所有MaACS蛋白为亲水性蛋白,3个MaACS蛋白为稳定蛋白;香蕉MaACS家族分4个亚家族,基因家族外显子最少含有4个,最多的含有9个外显子。     

西瓜FBA基因的鉴定及其对不同逆境的响应模式分析

果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是植物体内的一种参与糖酵解、糖异生和卡尔文循环的关键酶。FBA基因已被证实在植物生长发育及多种生物和非生物胁迫响应过程中发挥重要的作用,但目前对西瓜中FBA基因的研究却几乎空白。本研究采用生物信息学手段在西瓜基因组中共鉴定到5个Cl FBA基因,并对它们的保守结构域、基因结构、染色体位置、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件、启动子顺式作用元件等进行预测和分析。根据进化和亚细胞定位分析,西瓜FBA蛋白主要分为两类,分别主要定位在叶绿体和细胞质中。此外,我们还利用荧光定量PCR对Cl FBA基因的时空表达模式进行分析,发现大部分西瓜Cl FBA基因在茎和果实中优势表达。同时对西瓜Cl FBA基因在不同生物和非生物逆境处理后的响应模式进行分析,鉴定到一批不同胁迫响应的Cl FBA基因,为西瓜的抗病和抗逆育种提供了重要的分子基础。     

欧李ChCCD4基因的克隆与原核表达

类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCDs)是类胡萝卜素氧化裂解的重要酶之一,在植物中,CCDs催化裂解产物具有重要的作用。本研究以欧李品种‘农大4号’果实为试验材料,根据转录组测序数据分析,利用RT-PCR从中克隆了到了ChCCD4基因。生物信息分析发现,该序列长度1 794 bp,编码597个氨基酸的蛋白,分子量为65 717.90 Da,等电点为6.10,蛋白质二级结构主要由α-螺旋,β-折叠,随机卷须和延伸链构成,ChCCD4蛋白三级结构与CCD蛋白家族三级结构相似,具有相同的结构域。将ChCCD4基因连接到原核表达载体pet-28a,转化大肠杆菌BL21 (DE3),诱导表达,目的蛋白经过SDS-PAGE凝胶电泳检测,与空白对比,检测出了目的蛋白条带。本研究为ChCCD4基因的功能研究提供理论依据,为欧李育种方向提供了理论参考。     

西红花β-胡萝卜素羟化酶CsBCH1-z基因的分离与生物信息学分析

为更好地理解西红花类胡萝卜素合成代谢途径，从西红花中分离和克隆了1 个新的β-胡萝卜素羟化酶基因CsBCH1-z，并从柱头cDNA中克隆了该基因的全长编码序列为906 bp，编码301 个氨基酸残基，对应的基因组序列为1261 bp，5 个外显子由4 个内含子子间隔开。与已知的CsBCH1 基因的氨基酸序列比较，发现在N端由于6 个碱基的缺失，造成了2 个氨基酸的缺失和1 个氨基酸由异亮氨酸突变为亮氨酸，另外还有一处单碱基的变异造成苏氨酸突变为丙氨酸。通过预测其蛋白含有3 个明显的跨膜结构域，C端包含了2 组“HXXXXH”和“HXXHH”结构域，是典型的脂肪酸羟化酶。β-胡萝卜素羟化酶是西红花苷合成的重要前体物质，CsBCH1-z 柱头中的表达量>叶片>花瓣；雄蕊中表达很低；球茎中表达不可见。     

粉蕉MbACS7基因的克隆及表达分析

乙烯合成及其效应是决定香蕉果实成熟的核心要素,其中1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)合成酶(ACS)是乙烯合成途径的限速酶。粉蕉果实成熟速度较快,保鲜难度较大。研究粉蕉ACS家族基因的特征和表达模式可为控制香蕉果实成熟进程和延长货架期提供理论依据。本研究从粉蕉中克隆获得一个全长序列为1 458 bp的目的片段,编码485个氨基酸,分子量为54.751 kD,具有PLN02450保守结构域(37～1 377氨基酸),属于ACS基因家族蛋白,因此被命名为MbACS7。理化性质分析表明MbACS7蛋白亲水且不稳定。进化分析表明MbACS7蛋白预测的氨基酸序列与苦瓜(Momordica charantia) ACS蛋白的氨基酸序列(CAE53271.1)遗传关系较近。瞬时表达分析表明MbACS7蛋白在烟草表皮细胞的细胞核中强烈表达,表明该蛋白可能在细胞核中发挥着重要的生理功能。实时荧光定量表达分析表明MbACS7基因在粉蕉果实成熟期表达量最高,为果实发育初期的900多倍。本研究为进一步解析MbACS7基因在粉蕉果实乙烯生物合成中的功能奠定基础,也为改良香蕉果实贮藏性提供基因资源。     

芒果类胡萝卜素裂解双加氧酶1(CCD1)基因的克隆与序列分析

类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCD)是植物类胡萝卜素新陈代谢中的降解酶,类胡萝卜素在双加氧酶的作用下氧化产生具有生物活性的不同衍生物,例如维生素A,植物激素脱落酸以及芳香物质,这些物质在植物的颜色、苦味、香气方面具有重要意义。通过转录组数据设计CCD1基因的全长引物,采用RT-PCR技术从芒果(Mangifera indica)果皮中克隆到类胡萝卜素裂解双加氧酶CCD1的全长序列。结果表明:c DNA序列长度为1 900 bp,开放阅读框为1 614 bp,共编码537个氨基酸。CCD1蛋白属于稳定蛋白,在CCD1编码的蛋白质的氨基酸各组分中,亮氨酸(Leu)含量为最高,缬氨酸(Val)的含量次之。蛋白序列分析表明芒果中的CCD1基因编码的蛋白存在一个结构域RPE65,并且属于RPE65 superfamily家族。通过构建系统发生树,结果发现芒果CCD1基因所编码的蛋白序列与蜜柑、甜橙、栗子、大豆等的蛋白序列亲缘关系较近,可聚为一类,而与咖啡豆、菠菜、马铃薯、烟草的亲缘关系较远。芒果的CCD1与柑橘的CCD1的一致性为90%,有比较近的进化关系。亚细胞定位分析结果显示,芒果CCD1定位在细胞质中。对芒果的CCD1蛋白进行疏水性/亲水性预测,结果发现氨基酸疏水/亲水性主要介于+2.267~-0.633之间,CCD1蛋白属于亲水性蛋白。分析二级结构和三级结构得出CCD1基因编码的蛋白质主要由α-螺旋和无规则卷曲构成了其二级结构,α-螺旋占22.16%,无规则卷曲占37.43%。     

蓝光处理对采后桃果实可溶性糖及类胡萝卜素合成的影响

以“金丽”黄肉桃果实为试材，研究在恒温10 ℃、相对湿度85%、强度为40 μmol/(m2·s)的蓝光贮藏环境中果实可溶性糖和类胡萝卜素的含量变化。结果表明：果实中蔗糖、β-隐黄素、玉米黄素含量在贮藏期间显著增加，β-胡萝卜素在贮藏前期迅速合成并达到最大值，果糖在贮藏后期合成速率减慢，葡萄糖在贮藏后期降解速率加快。蓝光处理通过诱导桃果实可溶性糖及类胡萝卜素的合成代谢而促进了果实采后成熟衰老。