棉花溶血磷酸酯酰转移酶(LPAT)家族基因的发掘和表达分析

棉花油脂合成相关代谢在控制油分形成、纤维发育等进程中起着重要作用。溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是植物油脂代谢过程中的一个关键酶。本研究利用雷蒙德氏棉全基因组数据库,通过生物信息学技术,鉴定并获得8个棉花LPAT家族基因的全序列和染色体定位等信息。通过序列比对进行系统进化和分类分析,明确这8个家族基因分布在6条染色体上,分为4亚类,其中第I类和第III类中各含2个基因、第II类1个、第IV类3个。组织表达分析表明这8个基因在棉花营养和生殖阶段均表现表达多样性。LPAT6和LPAT8在17 d胚珠中表达水平很高,推测在油脂合成代谢调控中起重要作用。8个LPAT基因均在纤维中优势表达,其中LPAT2、LPAT3和LPAT4表达水平更高,推测LPAT家族基因的表达参与棉纤维发育进程。     

花生溶血磷脂酸酰基转移酶基因的克隆与表达分析

溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是植物油脂合成途径的一个关键酶,在植物油脂品质改良和提高种子含油量方面具有重要的应用价值。本研究通过构建花生种子全长cDNA文库,结合大规模EST测序和功能注释,从花生中克隆了溶血磷脂酸酰基转移酶基因,命名为AhLPAT。该基因cDNA全长1 629 bp,对应的基因组序列5 531 bp,由11个外显子和10个内含子组成,内含子剪接方式符合GT-AG剪接规则。根据编码区预测AhLPAT编码一条387个氨基酸组成的多肽,预测分子量为43.2 kD,等电点为9.42。AhLPAT蛋白含有一个典型的酰基转移酶保守功能结构域以及溶血磷脂酰基转移酶相似的保守区域。该蛋白的氨基酸序列与已报道的其他物种LPAT蛋白序列有较高的一致性。AhLPAT与旱金莲、油菜、海甘蓝、蓖麻和拟南芥的LPAT蛋白氨基酸相似性依次为90%、89%、89%、88%和87%。系统进化分析表明,AhLPAT与拟南芥AtLPAT2亲缘关系较近,且同属于内质网型LPAT蛋白。RT-PCR分析表明,AhLPAT基因在花生根、茎、叶、花、果针和种子中均有表达,在花生开花后50~60 d,果针和种子中的表达量最高,且AhLPAT的表达量与花生种子含油量积累速率变化一致,二者显著相关(r=0.63,P<0.05)。推测AhLPAT基因在花生种子油脂合成中起重要作用。     

大豆DGAT基因家族的鉴定和表达分析

摘要：植物的脂肪酸合成主要在质体和内质网中进行,以甘油三酯（TAG）的形式在种子中贮藏。二酰甘油酰基转移酶(DGAT)催化TAG合成途径的最后阶段,是该途径的限速酶。本文通过生物信息学的方法,在全基因组水平上对大豆(Glycine max)DGAT基因家族进行了鉴定和分类,并分析了其基因结构、蛋白质结构域特征、系统发生及基因表达方式。研究结果表明：大豆中存在10个DGAT家族基因,分别属于DGAT1、DGAT2、DGAT3亚家族,分布在6条染色体上,其中DGAT1亚家族基因主要在茎端分生组织和绿色果荚中表达;DGAT3亚家族基因主要在根中表达;而DGAT2亚家族基因表达范围最广,主要在根瘤、叶、花和绿色果荚中表达。     

甘蓝型油菜磷脂二酰甘油酰基转移酶(BnPDAT1) cDNA的克隆和功能鉴定

磷脂二酰甘油酰基转移酶(phospholipids:diacylglycerol acyltransferase, PDAT1)是植物三酰甘油(triacylglycerol, TAG)合成的关键酶。本文在甘蓝型油菜湘油15号cDNA中克隆到3个PDAT1全长编码序列(coding sequence, CDS), 经比对分别定位于A02、A10、C09染色体, 分别命名为BnPDAT1-A02、BnPDAT1-A10和BnPDAT1-C09, 其序列长分别为1998、2002和2005 bp, 各自编码665、666、667个氨基酸。预测BnPDAT1基因编码蛋白定位于细胞质膜, 具有典型的PDAT1保守结构域。多序列比对和进化分析表明BnPDAT1基因编码蛋白与甘蓝、拟南芥、亚麻芥PDAT1蛋白具有较高的同源性。酵母互补实验证实该基因编码蛋白具有PDAT1酶活性。BnPDAT1基因在湘油15号中的表达现先上升后降低趋势, 在开花后25~30 d达最大值, 但3个拷贝的表达变化规律存在差异。     

椰子GPAT基因家族的鉴定及生物信息学分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)是催化TAG生物合成第一步反应的关键限速酶,决定了约三分之一的植物油的脂肪酸组成,直接影响植物油的营养和经济价值。椰子脂肪酸积累以中链脂肪酸为主,其椰子油用途广泛,供不应求。椰子独特的脂肪酸积累路径,成为研究的重要方向。为了解脂肪酸积累路径上关键基因GPAT在椰子脂质合成中的作用,本研究利用拟南芥GPAT基因家族序列,在椰子基因组中进行同源序列比对和Pfam结构域筛选,最终鉴定出14条椰子CnGPAT基因家族序列(CnGPAT1～CnGPAT14)。对其进行生物信息学分析,结果表明,CnGPAT基因分为3个亚家族,分别包含1、1、12个家族成员。亚族ⅠCnGPAT6定位于质体,在叶片中有大量表达,预测其参与叶绿体膜脂合成;亚族ⅡCnGPAT11定位于内质网,在胚乳中大量表达,预测其参与椰子胚乳TAG合成;亚族Ⅲ中各成员在不同组织中均有表达,其中CnGPAT4在胚愈伤组织中表达量最高,预测参与椰子组织损伤补位修复。根据蛋白理化性质与结构域预测结果,CnGPAT酶多为碱性亲水蛋白,均具有酰基转移酶活性结构域,部分CnGPAT还具有磷酸酶活性结构域。这些结...     

甘蓝型油菜LPAT4基因的克隆与表达

植物溶血磷脂酸酰基转移酶(lysophospholipid acid actyltransferase, LPAT)是三酰甘油生物合成过程中的一个关键酶, 在脂质的合成、种子的发育以及生物膜的流动性等方面有重要作用。本研究采用同源克隆的方法, 获得LPAT4基因的2条全长CDS序列, 长度分别为1143 bp和1140 bp。生物信息学分析表明, 它们均具有LPLAT_LCLAT1样结构域, 同属于LPLAT超基因家族, 并分别被命名为BnLPAT4-1和BnLPAT4-2。时空表达分析表明, 它们均为组成型表达基因, 其中BnPAT4-1在叶中的表达量最高, 而BnPAT4-2在胚中的表达量最高。逆境分析表明, BnLPAT4-1和BnLPAT4-2在NaCl、PEG-4000、水渍、6BA和ABA的胁迫下呈现出不同的表达模式。极差分析显示, ABA对BnLPAT4-1的表达影响较大, 而BnLPAT4-2的表达却对PEG4000更敏感。为进一步研究油菜BnLPAT4基因功能奠定了基础。     

TcLr35小麦β(1,3;1,4)葡聚糖苷酶基因cDNA全长的克隆及分析

根据已发表的植物β(1,3;1,4)葡聚糖苷酶基因设计引物,利用RT-PCR和RACE技术,从被小麦叶锈菌诱导的小麦抗叶锈病基因近等基因系材料TcLr35中获得一个β(1,3;1,4)葡聚糖苷酶基因cDNA全长,命名为PR34,该基因全长序列为1416bp,具有一个编码335个氨基酸的开放阅读框(ORF),其起始密码子ATG位于13bp处,终止密码子TAG位于1015bp处,3'末端有20bp的poly(A)尾,379bp的3'非翻译区。与GenBank中小麦、大麦等多个葡聚糖苷酶基因具有较高同源性;对其推断的氨基酸序列进行分析,含有Glyco_hydro_17保守结构域,为葡聚糖苷酶基因蛋白结构域。Southern杂交显示,该基因在TcLr35小麦基因组中为低拷贝。     

‘西伯利亚’百合丙二烯氧化合酶LsAOS基因的克隆及其表达分析

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)基因是茉莉酸(JA)合成途径中第一个特异性酶,具有调控植物体内JA合成积累的重要作用。本研究通过RACE技术克隆得到了‘西伯利亚’百合Lilium‘Siberia’中的AOS基因,并将其命名为LsAOS。该基因全长1 542 bp,编码513个氨基酸,其蛋白序列与小果野芭蕉的同源性最高,属于不稳定亲水蛋白。通过对‘西伯利亚’百合4个不同花期,9个不同组织器官进行实时荧光定量PCR(q-PCR)后发现,LsAOS在花蕾期中的表达量最高,随着花朵的逐渐开放表达量逐渐下降;LsAOS在叶片中表达水平最高,其次是内瓣、根、茎等。JA参与植物生长发育的全过程,与植物抗逆性和次生代谢反应有着密不可分的联系。AOS基因是JA途径中的关键基因之一,对JA的合成有着重要的调控作用。     

木质素生物合成关键酶咖啡酸-O-甲基转移酶基因(COMT)的研究进展

木质素是植物苯丙烷代谢途径的重要产物之一,其生物合成涉及到许多酶的参与。其中咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase,COMT)是木质素特异途径中的一个关键酶,可催化咖啡酸、5-羟基松柏醛和5-羟基松柏醇甲基化分别生成阿魏酸、芥子醛和芥子醇,参与S-木质素的合成。本文主要对COMT基因的特征、COMT在木质素生物合成中的作用及COMT基因对植物木质素合成调控的研究现状进行了综述,并对COMT基因的研究方法和在生产中的应用作了展望。     

植物多酚氧化酶研究综述

多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase 简称PPO)是一类广泛分布于植物体中的一种铜结合酶。它是由核基因编码、多基因控制,在细胞质中合成,通过一定的方式转运至质体内而成为具酶活性的形式,对农产品品质形成有重要影响。介绍了多酚氧化酶在植物体内的存在和定位、分子结构、生理功能及调控措施等方面近年来的研究成果。     

芍药等8种植物COMT基因的生物信息学分析

植物咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase,COMT)基因对木质素的合成具有重要的调控作用。本研究采用生物信息学方法对芍药等8种植物COMT基因编码的氨基酸序列进行比对,进而对其蛋白理化性质、信号肽、跨膜结构域、磷酸化位点、亚细胞定位、二级结构与三级结构进行了预测与分析。结果表明,芍药等8种植物COMT基因编码氨基酸的一致性可达65.91%,平均相对分子量为39437.79 Da,带有酸性等电点,含量最丰富的氨基酸为亮氨酸(Leu)和丙氨酸(Ala),无信号肽,无跨膜结构域,磷酸化位点数量最多的为丝氨酸和苏氨酸,定位于细胞骨架和细胞质中可能性最大,二级结构则以α-螺旋和无规则卷曲为主,三维结构具有一定的相似性。这一结果为今后深入开展植物COMT基因功能研究提供了科学依据。     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列（W-box）发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

大豆丙二烯氧化物合酶基因(GmAOS)及其启动子的克隆与分析

利用RT-PCR、RACE和LA PCR相结合的方法,从大豆中克隆了GmAOS基因及其启动子序列(登录号：EU366252),GmAOS基因共1 789 bp碱基,等电点8.97,分子量58.3 kD,在3种不同抗性大豆材料中均有2个拷贝。生物信息学分析表明,GmAOS酶的N末端有典型叶绿体定位信号肽,基因序列上有多个丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的磷酸化位点。该研究克隆到ATG上游472个碱基的GmAOS基因启动子部分序列,其含有赤霉素的响应元件(TAACAA),可诱导性抗性基因响应元件(W box),细菌和盐诱导的响应元件(GAAAAA),茉莉酸诱导的响应元件(G box)。GmAOS能强烈响应茉莉酸的诱导,且在黄皮小青豆(高抗斜纹夜蛾)中表达量高于徐疃大豆,两种材料抗虫性的差异可能是由GmAOS基因受诱导后的表达量差异引起的,即GmAOS基因与作物抗虫性相关,可做为培育高诱导抗性材料的候选基因。     

棉花纤维特异/优势表达基因的染色体定位

 棉纤维是研究植物细胞伸长和细胞壁建成以及纤维素生物合成的优良模型,迄今为止,已经分离了许多纤维特异/优势表达的基因。为了便于这些基因的图位克隆使其能够应用于棉花纤维品质的改良中,本研究采用分离群体定位法和Blast分析法对这些基因进行染色体定位。利用陆地棉、海岛棉BC₁种间分离群体,将GhCFE定位在第6染色体,GhGLP1-250定位在第19染色体。Blast分析将11个基因定位到棉花染色体上。这些基因与棉纤维的伸长和细胞壁的合成相关,与这些基因连锁标记的获得有助于棉花纤维长度和强度的分子标记辅助选择。     

植物花青素合成与调控研究进展

为了进一步阐述花青素在植物体内的合成机制,了解影响花青素合成的各类因子及其互作方式,本文归纳了调控花青素合成的内部因子和外部因素,总结了光、温度、糖类和激素等调控花青素生物合成的环境因素。围绕花青素的合成通路,就通路中的结构基因及其上游转录因子相关研究进行了总结。研究得出在植物中,各类外部因素和内在因子,通过主要的转录因子调控结构基因,影响花青素在植物体内合成与积累,维持植物体内花青素的动态平衡,这种调节机制既包括正向调控也包括负向调控。指出花青素的代谢途径逐渐完善,越来越多结构基因和转录因子的功能将被验证并被应用到观赏植物性状的基因工程改良的实践中。     

植物肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)基因的研究进展

植物体内通过公共苯丙烷途径而进入木质素特异途径来合成木质素,这条代谢途径涉及到许多酶的参与,其中肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoAreductase,CCR)是木质素特异途径的第一个关键酶,可催化3种羟基肉桂酸的CoA酯的还原反应,生成相应的肉桂醛。因此人们认为此酶可能对木质素合成途径的碳流具有潜在的调控作用,对木质素单体的生物合成起着重要作用。本文主要综述了CCR在木质素生物合成途径中的地位、CCR的分布、酶的提取和基本特性、CCR基因的克隆进展、CCR基因的转录特点、CCR启动子研究情况、转基因植物中表达抑制CCR基因的生物学效应等,并展望了CCR基因研究对于植物木质素研究、植物抗病和抗逆性研究、作物品质改良以及植被保护研究的意义。     

‘月月粉’和野蔷薇花青素合成酶基因的鉴定与表达分析

植物花青素是一种天然的黄酮类水溶性植物色素,对于植物的花和果实的花色决定具有重要作用,花青素在植物体内的生物合成途径研究相对较清楚。但在蔷薇属植物中花青素合成酶基因的功能分析相对较少,通过序列比对和进化树分析鉴定‘月月粉’(Rosa chinensis‘Old Blush’,用OB表示)和野蔷薇(Rosa multiflora)中花青素合成酶基因各14个。通过序列比较发现野蔷薇和OB中对应的同源基因序列相似性很高,表明这些基因的保守性很强,但表达谱分析显示这些基因在两个物种中的差异较大,暗示其调控序列可能变异程度较大。通过检测一个野蔷薇自然突变单株中红花和白花中的花青素合成酶基因的表达,推测有部分花青素合成酶基因可能在花青素合成反馈调节中具有重要作用。通过分析启动子序列中顺式作用元件推测OB中花青素合成酶可能受蔗糖和不同激素的调控。本研究可为揭示蔷薇属植物花青素合成调控的分子机制提供依据。