川西獐牙菜SmC4H基因的生物信息学分析和表达分析

由Sm C4H基因编码的肉桂酸-4-羟基化酶是川西獐牙菜苯丙烷途径的关键酶。本研究从川西獐牙菜的转录组数据中获得了SmC4H基因的全长cDNA序列,通过RT-PCR进行该基因的克隆鉴定,利用生物信息学软件对该基因进行预测分析,并通过RT-qPCR检测该基因的组织表达差异和不同胁迫处理条件下的表达情况。生物信息学分析结果显示SmC4H基因c DNA全长1 518 bp,编码505个氨基酸,相对分子质量为51.83 kD,为亲水性较强的不稳定蛋白,二级结构由47.52%α-螺旋、14.06%延伸链、4.95%β-转角和33.47%无规则卷曲构成,预测该蛋白可能不具有跨膜结构,不含有信号肽,属于p450超家族。SmC4H蛋白的相似性与其他植物的C4H蛋白较高,其中与美女樱(Glandularia×hybrida)的相似性最高。RT-qPCR结果显示,SmC4H基因在根、茎、花、叶中均有表达,表达量根>茎>花>叶,硝普钠(SNP)、赤霉素(GA3)和脱落(ABA)在一定程度上能使SmC4H基因的表达上调。此结果为进一步研究该基因在川西獐牙菜苯丙烷途径中的功能和通过基因工程手段...     

斑地锦肉桂酸4-羟基化酶基因及启动子的克隆与分析

槲皮素属于黄酮类化合物,是斑地锦主要药效成分之一,在槲皮素生物合成过程中,肉桂酸4-羟基化酶(C4H)是一个关键酶。为了阐明斑地锦中槲皮素生物合成机制,应用同源克隆结合RACE技术、Tail-PCR,获得C4H基因编码区及其启动子序列,RT-qPCR技术检测基因在不同生长期不同组织中的表达模式,并对启动子进行生物信息学分析。结果显示,斑地锦C4H基因编码区为1 518 bp,编码505个氨基酸,与麻疯树C4H氨基酸序列的相似性高达93.1%。RT-qPCR实验表明,斑地锦中C4H基因在苗期根中表达水平最高。克隆到的C4H基因启动子长约为1 440 bp,内含TAAT-box、CAAT-box等序列。此结果丰富了C4H基因资源,也为进一步研究斑地锦C4H基因功能及表达调控提供基础。     

柠条锦鸡儿CkF5H基因及启动子的克隆

为了研究CkF5H基因在柠条锦鸡儿中木质素生物合成途径方面中的生物学功能,以我国西北干旱荒漠地区重要的豆科饲用灌木柠条锦鸡儿为材料,克隆了1个木质素合成相关的CkF5H基因,该基因c DNA全长1 679 bp,g DNA全长3 495 bp,具有2个外显子,1个内含子,编码520个氨基酸,Gen Bank登录号HQ829862。通过染色体步移的技术克隆了1 550 bp的启动子序列,对启动子序列上的响应元件进行了分析。结果显示,具有昼夜节律响应元件、防御与胁迫响应元件、赤霉素顺式作用元件和热响应元件等。CkF5H富含二级结构,其中α螺旋占39.81%,β折叠占15.96%,不规则卷曲占44.23%,并预测其三维结构。对CkF5H基因推导的氨基酸序列预测分析得出,CkF5H蛋白等电点为6.45,分子量为58.09 ku,不稳定系数45.72,是不稳定蛋白,总平均亲水性-0.143,属亲水性蛋白。因此,克隆柠条锦鸡儿的CkF5H基因并详细分析,可为进一步研究该基因提供理论依据。     

金银花香豆酸-3-羟化酶基因LjC3H2的克隆及表达分析

香豆酸-3-羟化酶(C3H)是催化绿原酸生物合成的关键酶之一。本研究在金银花中克隆得到一个与前人报道的LjC3H同源的基因,命名为LjC3H2(Gen Bank登录号:KX845342),利用生物信息学方法对该基因的序列特征、家族分类、保守结构域、系统发生等进行了分析,并利用荧光定量PCR研究了该基因在金银花花发育过程中的表达模式。研究结果表明该基因编码框全长1 521 bp,编码506个氨基酸残基,理论等电点为8.92,理论分子量为57.4 k D。LjC3H2与其它植物C3H同属于细胞色素P450家族CYP98A亚家族,亚家族成员之间序列上高度保守,都含有保守的细胞色素P450结构域及保守基序,包括Heme-binding region、PERF motif、K-helix region和I-helix region。系统发生分析表明金银花两个C3H聚为不同的分支,LjC3H2与刺苞菜蓟C3H和桔梗的C3H聚为一支。荧光定量PCR结果表明LjC3H2在幼蕾期的表达水平最高,在金花期最低,整体表达水平随着花的发育呈整体下降趋势;而LjC3H除绿蕾期外整体上呈表达上升的趋势,两个C3H在花的发育过程中呈现出相反的表达模式,这可能是由于在植物进化过程中底物特异性和催化特异性的进化而导致的功能分化。该研究为金银花绿原酸生物合成机制的研究提供了重要的信息。     

拟南芥AtTCP4基因克隆及原核表达

为进一步研究转录因子TCP4在植物生长发育过程中的调控作用和下游靶基因。利用生物信息学分析转录因子TCP4家族及其蛋白序列,扩增AtTCP4基因CDS序列、构建原核表达载体并诱导纯化获得蛋白,利用凝胶电泳迁移试验(EMSA)验证AtTCP4蛋白与拟南芥功能基因LOX2启动子区域的顺式作用元件结合。生物信息学分析表明,拟南芥TCP蛋白含有非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域;系统进化树表明,AtTCP4属于Ⅱ类TCP蛋白;蛋白三级结构预测表明:转录因子TCP4可以形成同源或异源二聚体。特异性引物扩增获得AtTCP4基因的CDS序列,其开放阅读框(ORF)长为1 263 bp。构建原核表达载体pET-28a-AtTCP4并转化到Rosetta(DE3)感受态中,经IPTG诱导、纯化和Western Blot检测证明获得AtTCP4蛋白。EMSA试验验证AtTCP4蛋白能够结合到功能基因LOX2的顺式作用元件。转录因子TCP4结合功能基因LOX2启动子区域,影响植物激素茉莉酸的生物合成,调控植物的生长发育过程。     

甘薯查尔酮合成酶基因IbCHS1的克隆和表达分析

查尔酮合成酶(chalcone synthas,CHS)是黄酮类次生代谢物生物合成途径中的一个关键酶。为了解CHS与花青素含量的相关性,本研究根据转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个CHS基因(Ib CHS1),并对其表达特征进行了分析。结果表明:Ib CHS1基因c DNA长1 556 bp,包含1个1 167 bp的开放阅读框,编码388个氨基酸。Ib CHS1蛋白具有典型的植物CHS结构特征,和其他植物中的类似蛋白具有很高的同源性。表达分析显示,Ib CHS1主要在紫肉甘薯中表达,其表达水平与不同品种甘薯中的花青素含量正相关。     

鹿角灵芝三萜合成关键酶GaSQS基因的克隆与诱导表达

为进一步研究SQS基因在鹿角灵芝三萜合成途径中的作用机制及茉莉酸甲酯(MeJA)对GaSQS基因的表达调控,采用RT-PCR结合RACE技术,克隆鹿角灵芝鲨烯合酶基因GaSQS,采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白进行数据分析,采用MeJA对GaSQS基因诱导表达。结果显示,该基因全长1 969 bp,开放阅读框(ORF)长度为1 515 bp,编码504个氨基酸,分子量为58.2 ku,具有1个跨膜结构域和3个保守区,为无信号肽的亲水性蛋白;GaSQS蛋白二级结构包括α-螺旋(59.52%)、无规则卷曲(28.37%)、延伸链(8.53%)和β-转角(3.57%);系统进化分析显示,鹿角灵芝GaSQS蛋白与灵芝SQS蛋白(ABF57213.1)具较高的同源性(99%);String蛋白互作网络分析显示,GaSQS蛋白互作的蛋白质共有10个,均为三萜、甾醇等萜烯类生物合成过程的重要物质;qRT-PCR分析表明,鲨烯合酶(SQS)的表达量与产量在原基和子实体初期高于其他发育阶段;在不同浓度MeJA诱导下,SQS蛋白均能高效表达,在200μmol/L时达到峰值效果最佳。     

大叶蛇葡萄类黄酮-3'-羟化酶基因(F3'H)的克隆及生物信息学分析

类黄酮-3'-羟化酶(F3'H)是黄酮化合物生物合成过程中的关键酶之一,本研究从大叶蛇葡萄转录组数据库中筛选出类黄酮-3'-羟化酶基因(F3'H),利用RT-PCR等技术克隆了其全长序列,并分析F3'H基因编码蛋白的理化性质和结构特征。结果表明,该序列全长为1 718 bp,开放阅读框(ORF)长度为1 530 bp,相对分子质量为55.89 kD,编码509个氨基酸,等电点为7.3,分子式为C_2(513)H_(3974)N_(696)O_(70)5S_(21),不稳定指数为38.26,为稳定蛋白;脂肪族指数为96.42,总平均疏水性为-0.004,为亲水性蛋白;具有多个磷酸化位点,有信号肽,存在一个跨膜区,亚细胞定位于内质网膜,二级结构以α-螺旋为主。系统进化分析和多重序列比对表明该序列与藤茶的亲缘关系最近。密码子偏性分析表明该基因以G/C结尾的密码子使用频率较高,最适合该基因的异源表达宿主是大肠杆菌。本研究结果为进一步研究大叶蛇葡萄F3'H蛋白功能,以及揭示该植物中具生物活性的黄酮类成分的生物合成机制提供了一定的基础。     

甘薯IbNPR1全长cDNA序列的分离与表达特性分析

在植物系统获得性抗性(SAR)中,NPR1蛋白是水杨酸介导的基因表达中关键调控因子。本研究以青农2号为试验材料,利用同源序列法和RACE技术分离甘薯SAR 途径的主要抗病信号元件NPR1 (none expresser of PR gene)的全长cDNA序列。序列分析表明,IbNPR1基因全长2 353 bp,包含一个编码586个氨基酸残基的开放阅读框,包含有类似拟南芥NPR1蛋白中的BTB/POZ和锚蛋白重复氨基酸序列结构域。聚类分析显示IbNPR1与来源于番茄的NPR1基因关系最近。Southern杂交及半定量RT-PCR分析表明,甘薯NPR1基因属于低拷贝基因家族,表达模式为组成型表达,并且SA能提高其表达水平。由该结果推测,IbNPR1可能在甘薯抵御病原物的侵染中起重要的作用。     

滇水金凤黄烷酮3-羟化酶基因(IuF3H)的克隆及表达分析

为探究黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase, F3H)基因对滇水金凤(Impatiens uliginosa)花色的调控机制。本研究以红色滇水金凤花器官为试验材料,通过RT-PCR及RACE技术分离克隆F3H基因,发现其c DNA序列全长1 104 bp,编码367 aa,故命名为Iu F3H;同时通过氨基酸比对发现其蛋白与其他植物F3H蛋白同源性较高,约为78.91%,说明F3H基因具有较高的保守性;通过进一步克隆其g DNA序列,发现其全长为1 221 bp,其中包含3个外显子和2个内含子。q RT-PCR结果显示,Iu F3H基因在4种不同花色滇水金凤及其不同发育阶段均有不同程度的表达,其中以深红色的始花期表达量最高,粉红色的盛花期表达量最低。本研究结果表明,Iu F3H基因参与了相关色素生物合成,同时可能在滇水金凤花色素合成中具有关键作用,本研究为探讨Iu F3H基因在4种不同颜色滇水金凤中的分子机制提供数据参考。     

桑树花青素合酶基因的克隆与信息学分析

花青素合酶ANS是花青素合成过程中的一个关键限速酶。本文利用同源克隆、RT-PCR从桑椹中克隆出花青素合酶(MaANS)基因, 并进行生物信息学分析和组织特异性表达分析。通过染色体步移法获得的MaANS基因的5′端和3′端, 获得基因全长1 535 bp, 由2个外显子和1个内含子组成,包含完整CDS区域为1 077 bp, 编码358个氨基酸, 与来源于草莓、甘薯、苹果、沙梨的ANS基因同源性均达到80%以上。MaANS编码的蛋白质属于2-酮戊二酸双加氧酶家族。MaANS在进化树中的位置与草莓最近,与苹果、沙梨次之。组织表达分析表明, MaANS基因在幼叶和成熟果实中高水平表达,表明该基因的表达具有组织特异性,为研究桑树果色的形成原因和表达调控奠定了基础。     

罗马洋甘菊HMGR基因的克隆与表达分析

3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA还原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase,HMGR)是植物萜类化合物甲羟戊酸合成途径中的关键限速酶。为研究HMGR基因在洋甘菊萜类化合物合成代谢中的功能,根据前期罗马洋甘菊转录组注释HMGR的Unigene序列设计引物,以罗马洋甘菊c DNA为模板,采用RT-PCR方法,从罗马洋甘菊中克隆得到一个长为1 856 bp的HMGR基因,命名为CnHMGR(Gen Bank登录号为KU589282)。CnHMGR基因序列包含1个1 746 bp长的开放阅读框,编码582个氨基酸,生物信息学软件预测蛋白质分子量和等电点分别为62.5 k Da和6.80。氨基酸序列多重比对结果显示,CnHMGR蛋白质与其他植物的HMGR蛋白具有高度相似性,并包含HMGR蛋白质家族中的2个HMG-CoA结合基序:TTEGCLUA、EMPVGYVQIP以及2个NADP(H)结合基序:TVGGGT、DAMGMNM,表明CnHMGR属千罗马洋甘菊HMGR家族成员。组织表达分析显示CnHMGR在罗马洋甘菊的不同组织均有表达,在花中表达量最高,在茎中表达量最低。通过对CnHMGR基因的克隆及表达特性分析,为后续深入研究其在洋甘菊倍半萜合成途径中的功能奠定了理论基础。     

Evaluation of Root Sink Ability of Sweet Potato (Ipomoea batatas Lam.) Cultivars on the Basis of Enzymatic Activity in the Starch Synthesis Pathway

Activities of five enzymes, sucrose synthase (SUS), uridine 5'-diphosphate glucose pyrophosphorylase (UDPGPPase), fructose-1,6 bisphosphatase (FBPase), adenosine 5'diphosphate glucose pyrophosphorylase (ADPGPPase) and starch synthase (STS), in the metabolic pathway of starch synthesis, were compared between two sweet potato ( Ipomoea batatas Lam.) cultivars, Koganesengan (C.V.KOG, a recently released high yield cultivar) and Tsurunasigenji (C.V.TSU, an old, local cultivar with poor yield). The measurements were carried out using the root samples (tuberous, thick and fibrous roots) harvested at the fast tubering stage. Of the five enzymes, SUS, ADPGPPase and STS showed high activities in the tuberous root, particularly in that of C.V.KOG, and a similar trend was observed for activities of these enzymes on a protein basis. The increased activity of the three enzymes is considered to be one of the characteristics in a high yield cultivar, allowing the root to function effectively as a starch synthesis and storage organ.     

飞机草类黄酮3’-羟化酶基因(CoF3’H)的克隆及其在烟草中的表达

利用RT-PCR和RACE技术从飞机草中克隆得到1628 bp的类黄酮3’-羟化酶c DNA的全长序列,命名为Co F3’H,Gen Bank登录号为HQ268505.1。Co F3’H基因的编码区长度为1524 bp,编码507个氨基酸。氨基酸序列含P450蛋白结构域和半胱氨酸亚铁血红素结合域保守区(F××G×R×C×G),利用DNAMAN软件比对显示,Co F3’H与其他植物的F3’H蛋白的同源性很高。通过农杆菌介导成功地将Co F3’H基因导入烟草,T2代的转Co F3’H基因烟草植株的黄酮含量显著高于野生型。说明Co F3’H在黄酮的生物合成中起重要作用,为后续研究飞机草的化感作用及综合利用提供基础。     

甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。     

盐胁迫及外源Ca2+调控对甘薯生理特性的影响

甘薯耐盐性较强,可作为开发利用盐渍地的作物,对其耐盐机理的研究具有一定的意义。对‘徐薯18’、‘栗子香’、‘胜利百号’3个甘薯品种进行盐胁迫及外源Ca2＋调控试验。盐胁迫下,甘薯叶片的总氮含量、叶绿素含量、DNA含量、RNA含量和RNA/DNA值都降低,游离氨基酸含量增加,脯氨酸迅速累积。外源Ca2＋处理后,同工酶种类和相对活性均较非钙处理有所增加,降低了叶片中的Na＋积累,延缓了质膜的损伤,提高了甘薯的耐盐性,且不同品种表现一致。为深入研究甘薯耐盐机理奠定了基础,同时为耐盐品种甘薯的选育及高产种植提供了理论依据。     

兜兰二氢黄烷酮醇-4-还原酶基因的克隆及其表达特性

克隆同色兜兰二氢黄烷酮醇-4-还原酶基因DFR,分析其序列特征,了解其在不同组织部位的表达情况。采用RT-PCR和RACE技术从花中克隆DFR的全长cDNA,用生物信息学方法分析序列特征,并用半定量RT-PCR研究其在不同组织的表达。分离到DFR,该cDNA全长1267 bp,具有1个1074 bp的完整开放阅读框,编码357个氨基酸。序列分析表明,该DFR蛋白含有1个NADB_Rossmann superfamily保守结构域,1个NADP(H)结合域和1个底物特异性结合域,其与文心兰、石斛兰和大花蕙兰等的DFR同源性在75%~80%。系统进化树显示,该DFR蛋白与兰科植物的DFR蛋白亲缘关系比较近。半定量RT-PCR表明,该DFR在成熟花和营养叶中的表达量最高,在子房、苞叶、萼片和花瓣中的表达量相当,在唇瓣中的表达量次之,在蕊柱中的表达量较唇瓣中的低,在花茎中的表达量最低,在根中几乎检测不到。原核表达结果表明,该DFR在大肠杆菌中获得表达。从兜兰中克隆到花色代谢途径中的关键酶基因DFR,该基因可能参与调控花色素的合成。     

木薯AGPase基因的克隆与载体构建

为了研究木薯淀粉合成酶关键基因AGPase在木薯淀粉合成中的作用,根据GenBank中其他物种AGPase小亚基基因序列,从高淀粉木薯‘辐选01’中克隆得到含3’末端的909 bp的基因片段,回收克隆测序。结果显示,克隆获得片段与基因库中登录的蓖麻、毛果杨、甜橙、番薯、蜜柑、大豆同源性依次达到91%、91%、87%、86%、86%及85%。将阳性克隆与PBI121载体进行双酶切、连接,构建植物反义表达载体PBI121-AGPss,并将其导入农杆菌,得到农杆菌工程菌株。为进一步开展木薯淀粉合成相关的基因调控、转基因及基因功能研究奠定基础。