大豆异黄酮合成关键酶基因对蚜虫取食的防御响应分析

以蚜虫差异抗性的大豆品种PI567598B(高抗)、绥农30(抗)、东农51(中抗)和Williams 82(感)为试验材料,分别于接种大豆蚜虫0,7,14和21 d时采集大豆叶片,利用q PCR对异黄酮合成关键酶基因苯丙氨酸解氨酶(PAL)、黄烷酮-3-3羟化酶(F3H)、大豆异黄酮合成基因1(ISF1)和大豆异黄酮合成基因2(ISF2)的表达量进行分析。结果表明:蚜虫取食前高抗品种PI567598B中PAL、F3H、ISF1和ISF2基因的相对表达量均高于感虫品种Williams 82;蚜虫取食后,抗蚜品种PI567598B和绥农30中PAL基因在蚜虫取食14 d时显著上调,在21 d时达到最大,F3H基因7 d时表达量最高,然后降低;IFS2表达量于蚜虫取食7 d后显著上调,在21 d时达到最大;中抗品种东农51中PAL、IFS2和F3H基因表达量在7 d时增加,但不显著;而感蚜品种Williams 82蚜虫取食后PAL和IFS2表达量增加但不显著,且相对表达量显著低于抗蚜品种,F3H基因表达量不增反降;抗感大豆品种蚜虫取食后IFS1基因表达均诱导不显著。研究表明,感蚜大豆品种蚜虫取食前后异黄酮合成关键酶基因表达量都比较低,而抗虫品种异黄酮合成关键酶基因表达量高,且防御响应持续时间长,符合其抗性差异。     

大豆叶片异黄酮含量与PAL基因相对表达量的关系

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是苯丙氨酸代谢途径的进入点酶,也是异黄酮合成的关键酶之一.为了分析大豆叶片中异黄酮含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因表达量的关系,采用砂培试验,测定了不同生育时期大豆叶片总异黄酮及大豆黄素、黄豆黄素、染料木素的含量,同时测定了相应各生育时期大豆叶片中苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的相对表达量.结果表明:大豆叶片中大豆异黄酮总含量及3种苷元组份含量与叶片中苯丙氨酸解氨酶(PAL)基冈的相对表达量有一个协同增减的趋势;在初花期(R1)大豆叶片中的异黄酮总含量和三种苷元组份含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因相对表达量均出现一个峰值.     

大豆异黄酮生物合成串联基因簇及其表达载体的构建

植物异黄酮是一种重要的次级代谢产物,在植物的生理活动以及人类健康方面具有重要作用.植物异黄酮生物合成途径有三个调控酶:查尔酮合酶(Chaleone synthase,CHS),查尔酮异构酶(Chalcone Isomerase,CHI)和异黄酮合酶(Isoflavone synthase,IFS).以大豆为材料,利用RT-PCR方法克隆到查尔酮合酶基因(CHS),查尔酮异构酶基因(CHI Ⅱ)和异黄酮合酶基因(IFS)的eDNA(Genebank登记号分别为EU526827,EU526829,EU526830)经过NCBI在线Blast比对,相似度均在98%以上,确认克隆的目标基因是正确的;将这三种基因顺序连接,构建成串联基因簇CHS-CHI Ⅱ-IFS(命名为rIFS),并且构建了rlFS的原核表达载体,进行了初步的表达研究.为进一步研究植物异黄酮的生物合成以及进行异黄酮生物工程奠定了基础.     

大豆PAL2-3基因的克隆及转化研究

大豆异黄酮是苯丙氨酸代谢途径中合成的一类次级代谢产物,在苯丙氨酸代谢途径中,苯丙氨酸解氨酶(PAL)是关键酶和限速酶。本课题组前期研究发现PAL基因的相对表达量与大豆异黄酮含量具有明显的协同增减趋势,并且在PAL基因家族成员时空表达模式分析中发现,PAL2-3(XM_003542493)是PAL基因家族中相对表达量较高的主要表达成员之一。本试验首先通过克隆大豆中PAL2-3基因;然后构建pCAMBIA3301-GmPAL2-3植物过表达载体,将构建好的pCAMBIA3301-GmPAL2-3表达载体重组质粒转化到根癌农杆菌EHA105中;采用农杆菌介导的大豆子叶节转化体系获得转化植株,并对T1代转化植株进行PPT检测,外源标记基因Bar检测以及荧光定量PCR检测,对转基因阳性植株进行大豆籽粒异黄酮含量的测定。结果表明T_1代转基因植株中PAL2-3基因的表达量是对照的5.11~11.24倍,总异黄酮含量最高的(2 587.63μg·g~(-1))是对照(1 616.90μg·g~(-1))的1.6倍。因此在大豆中过量表达PAL2-3基因可以提高大豆籽粒中异黄酮含量。     

大豆异黄酮合成关键酶基因的克隆及表达分析

采用RT-PCR法克隆了大豆异黄酮生物合成途径中查尔酮合酶(Chalcone synthase,CHS)和查尔酮异构酶(Chalcone Isomerase,CHI)2个关键酶基因,并利用SOE-PCR技术成功将2个基因融合,将其均构建成原核表达载体,在大肠杆菌中进行了初步的表达研究,为进一步研究CHS和CHI 2种关...     

蓝光连续光照对大豆芽苗菜类黄酮合成的影响

以黑暗培养(D)为对照,阐明了蓝光(B)连续光照对大豆(Glycine max L.Merr.)芽苗菜品种东农690生长和类黄酮合成的影响。结果表明:与对照组相比,蓝光连续光照36 h显著提高了大豆芽苗菜子叶中山奈酚(kaempferol)和黄豆苷元(daidzein)的含量,同时子叶中蓝光光受体基因CRY1、CRY2,类黄酮合成相关基因IFS的表达量也显著提高。处理组中,大豆芽苗菜下胚轴中黄豆苷(daidzin)含量逐渐增加,黄豆苷元(daidzein)、染料木素(genistein)、染料木苷(genistin)和山奈酚(kaempferol)的含量先升高后下降,但在36 h时均显著高于黑暗处理。在蓝光光照6和24 h时,大豆芽苗菜下胚轴中苯丙氨酸解氨酶(PAL)与查尔酮异构酶(CHI)活性与对照组相比均显著提高。类黄酮合成途径相关基因PAL、CHS、ANS、IFS的表达量在蓝光处理下均是先升高后下降,而蓝光光受体基因CRY1与CRY2的表达量随着光照时间延长逐渐升高。     

外源水杨酸诱导的部分甜瓜自毒作用相关基因的表达分析

以甜瓜(Cucumis melo)品种‘新银辉’为材料,采取根灌法,以水杨酸(10μmol/L)处理甜瓜幼苗,通过Real-Time PCR对叶片中部分自毒作用相关基因的表达量进行定量分析,以探究外源水杨酸诱导对甜瓜自毒作用的影响。结果显示,经外源水杨酸诱导后:(1)在催化苯丙烷类代谢途径的3个初始反应的蛋白酶编码基因中,PAL和C4H随处理后时间增加,呈逐渐上调趋势,但PAL比C4H更快响应胁迫,而4CL转录水平没有显著变化;(2)在类黄酮生物合成的3个关键酶的基因中,CHI、F3H均显示出不同程度的下调,CHS于处理后1 d略微上调,然后恢复至处理前水平;(3)两个转录因子基因WD40、R2R3-MYB分别在不同处理时间后显著下调;(4)WD40与CHI的表达相关性较高。据上述结果 ,水杨酸诱导后:(Ⅰ)CHI表达可能与转录因子WD40蛋白相关;(Ⅱ)WD40、R2R3-MYB与PAL、C4H、4CL、CHS间不存在简单、明确的调控关系;(Ⅲ)柚皮苷、表儿茶素、芦丁等甜瓜主要化感物质合成减少。     

异黄酮合成代谢调控关键酶CHS、CHI的特性与研究前景

查尔酮合酶(Chalcone synthase,CHS)与查尔酮异构酶(Chalcone isomerase,CHI)是异黄酮合成途径中的两个关键酶,它们在植物中的表达效率直接影响到异黄酮的产量.本文综述了植物CHS、CHI的功能、特性、基因结构、进化以及基因表达调控等方面研究的新进展,并对CHS、CHI研究的应用前景进行了展望,在此基础上提出了从根本上提高异黄酮产量的可行途径以及一些亟代解决的问题.     

IFS转基因大豆的鉴定及高异黄酮植株的筛选

大豆异黄酮是一种广泛应用的保健性活性物质,近年来已成为衡量大豆品质的重要指标之一。异黄酮合酶是大豆异黄酮合成途径中的关键酶基因之一,其在植物中的表达效率直接影响异黄酮含量。为进一步验证该基因的功能并获得高异黄酮稳定遗传转基因植株,本试验基于已有的IFS转基因材料开展研究。将其扩繁至T2代,考种分析植株农艺性状,发现转基因植株的性状指标未发生明显变化,PCR鉴定IFS转基因后代的结果显示:在125株转基因植株中,60株为阳性,占比48%,说明IFS在后代中可稳定遗传。选取IFS转基因吉林35、Willimas 82品种T2代的41株,利用改良后的三波长法测定籽粒中大豆异黄酮的含量,结果显示:IFS转基因植株的平均异黄酮含量为1.2 mg·g~(-1);其中15株的异黄酮含量高于非转基因植株,占比达到36.6%,说明从转入IFS基因转基因大豆能够筛选出高异黄酮植株。本研究获得了稳定遗传的高异黄酮植株,为大豆遗传育种提供优异的种质资源;改良后的三波长法较原有方法更为精准、快速。     

不同种皮颜色花生品种花青素合成相关基因的克隆及序列差异分析

花生品种种皮颜色相当丰富,种皮颜色的着色深浅与种皮花青素积累的多少有直接关系。为了探讨花生种皮颜色差异形成的分子基础,本研究采用RACE方法,首次克隆4种不同颜色花生品种花青素合成相关基因的全长,并比较全长c DNA序列的差异。结果表明:除苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)外,查耳酮合成酶基因(CHS)、查耳酮异构酶基因(CHI)、二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)、类黄酮-3’羟化酶基因(F3′H)、花色苷合成酶基因(ANS)、类黄酮3-O-糖基转移酶基因(3GT)等6个花青素合成相关基因的序列在4个花生品种中均存在氨基酸替换的现象。其中CHS,CHI,DFR,F3′H,ANS和3GT基因在4个不同种皮颜色花生品种中分别存在8,1,1,12,1和9个氨基酸位点的差异,且这些差异位点均未发生在保守位点。以上基因的结构差异是否与花生种皮颜色差异相关还有待进一步探讨。