查尔酮合酶与查尔酮异构酶基因特征及转基因应用

查尔酮合酶和查尔酮异构酶一起构成了黄酮类化合物生物合成的限速酶.底物先是由查尔酮合酶的作用形成袖皮素查尔酮化合物,然后再由查尔酮异构酶异构化成不同的黄酮类化合物.查尔酮合酶和查尔酮异构酶广泛存在于多种植物中,涉及了苯丙氨酸代谢途径中各种具有防御性产物的生物合成,在植物的抗菌机制、抗胁迫、细胞的发育和分化、色素的积累和外源基因的表达等方面起着重要的作用.就查尔酮合酶和查尔酮异构酶的结构特点、编码基因的克隆及序列特征、基因的表达调控以及转基因应用等方面进行了系统的综述,并对其今后进一步的研究提出了适宜的建议.     

桑树查尔酮异构酶基因的克隆与原核表达分析

以果叶兼用新桑品种‘嘉陵30号’的果实为材料,采用同源克隆法和抑制PCR法克隆桑树查尔酮异构酶基因(MaCHI)全序列.该基因的基因组序列全长2 402 bp,包含2 112 bp长的ORF和290 bp长的3'UTR序列,ORF由4个外显子和3个内含子组成,该基因编码219个氨基酸.预测MaCHI编码蛋白质的分子质量为23.8 ku,理论等电点为5.29.采用RT-PCR法分析MaCHI在不同组织中的表达水平,在叶片和果中的表达量较高,在根中表达量较低.构建pET-28a(+)-MaCHI原核表达重组质粒,并在大肠杆菌中诱导表达.     

北美鹅掌楸LtCHS基因的克隆及生物信息学与组织表达特征分析

【目的】鹅掌楸属花色种间差异较大,是研究木本植物花色形成与调控机制的较理想材料。查尔酮合成酶基因( CHS)是黄酮类化合物生物合成途径中的关键基因,与植物花色形成密切相关,同时又是研究科以下系统发育的理想基因,种间进化差异较大,因此 CHS基因用于研究鹅掌楸属花色差异形成机制有较强的可行性。本研究克隆北美鹅掌楸的查尔酮合成酶基因,并对其进行生物信息学及组织表达分析,以期为鹅掌楸属树种花色的形成和调控机制研究提供参考。【方法】以北美鹅掌楸的花芽为材料,采用同源克隆和 RACE 技术克隆查尔酮合成酶基因( LtCHS),并进一步扩增该基因的基因组序列。对该基因进行生物信息学分析。采用半定量 RT-PCR 方法分析 LtCHS基因在鹅掌楸属种间及不同组织中的表达水平。【结果】获得2个查尔酮合成酶基因： LtCHS1与LtCHS2。LtCHS1基因的 cDNA全长875 bp,包含1个702 bp的ORF,其基因组DNA ( gDNA)只含有1个外显子,没有内含子,编码233个氨基酸,蛋白质分子量为71.88 kDa,等电点为5.09。LtCHS2基因的 cDNA 全长1457 bp,包括1个1185 bp的 ORF,其 gDNA含有2个外显子和1个内含子,编码394个氨基酸,蛋白质分子量为120.0 kDa,等电点为4.97。2个基因的组织表达分析结果显示,LtCHS 基因不仅在同一树种不同组织间存在差异,而且在种间也存在表达差异。LtCHS1基因仅在北美鹅掌楸中表达,LtCHS2基因在鹅掌楸中表达,在杂交鹅掌楸中二者均有表达。【结论】获得的2个 LtCHS基因属于同一基因家族,但执行不同功能。二者在种间表达存在差异可能与鹅掌楸属花色形成有关。结合鹅掌楸属种间花色特征,可初步推测,LtCHS1基因与 LtCHS2基因可能分别调控不同类型花青素的合成。     

金花茶查尔酮异构酶基因全长克隆与表达的初步研究

利用RT-PCR和RACE技术,从我国珍稀濒危植物金花茶花瓣中获得了查尔酮异构酶(Chalcone isomerase,CHI)基因的cDNA全长,命名为Cn-CHI,GenBank登录号HQ269805.1。碱基序列分析表明,Cn-CHI基因全长953 bp,包含56 bp的5’非翻译区、204 bp的3’ 非翻译区和一个长为693 bp编码230个氨基酸的开放阅读框。氨基酸序列比对分析表明,Cn-CHI基因编码蛋白与蔷薇科、杜鹃花科、茄科等植物的CHI蛋白同源性都在75%以上,与山茶科山茶属茶树CHI蛋白同源性高达99%。相对荧光定量PCR分析表明,Cn-CHI基因在金花茶花蕾发育过程中呈现先急剧上升后平缓下降的趋势;在花器官的不同部位中,Cn-CHI基因表达量最高的是雌蕊,其次是雄蕊,在萼片和花瓣中的表达量较低且相差不大。     

油茶ACP基因的全长cDNA克隆及序列分析

酰基载体蛋白是脂肪酸合成中的关键蛋白质,位于脂肪酸合成酶系的中央,作为脂酰基的载体将脂酰基从一个酶反应转移到另一个酶反应.以油茶近成熟种子cDNA文库和EST文库为基础,采用分子生物学技术分离克隆了油茶酰基载体蛋白基因全长cDNA序列.结果表明：油茶酰基载体蛋白基因的全长cDNA为669bp,包含1个完整的CDS及3′UTR和5′UTR,编码141个氨基酸,该基因被命名为co-acp并提交至GeneBank,登录号是EU717697;油茶酰基载体蛋白基因的推导氨基酸序列与其它15种植物的ACP进行AlignX比较的结果表明,油茶酰基载体蛋白与油橄榄ACP的相似性最高,而且遗传距离最近;预测油茶酰基载体蛋白的二级结构以α螺旋为主,没有跨膜结构域和信号肽,其等电点约为4.995.     

油茶FAD2基因全长cDNA的克隆和序列分析

FAD2基因控制油酸转化为亚油酸,是油茶油脂合成代谢的关键酶基因.在构建的油茶.EST文库基础上,采用5'RACE和交错延伸PCR技术获得了油茶FAD2基因的全长cDNA克隆.该基因序列长1 682 bp,开放阅读框为1 149 bp,编码382个氨基酸,并且具有FAD2特有的保守序列和相关特征.经过比对分析,发现油茶的FAD2基因与其他植物的FAD2基因具有较高的相似性.     

油茶脂氢过氧化物裂解酶基因的克隆与序列分析

以油茶近成熟种子为材料,根据油茶EST文库中已知的脂氢过氧化物裂解酶EST序列,利用3’RACE与5’RACE技术,克隆到脂氢过氧化物裂解酶的全长cDNA序列。该基因全长1648bp,,包含一个1476bp开放阅读框长,编码491个氨基酸,5’与3’非编码分别为52bp、121bp。预测该蛋白相对分子量为54.7779KDa,等电点为6.77,是个叶绿体转运肽,N端包含有22个疏水氨基酸残基组成的序列,不仅具有转运肽富含的丝氨酸,还含有大量转运肽中很少存在的脯氨酸。多序列比对发现油茶脂氢过氧化物裂解酶核苷酸序列与茶的相似性达到96%,因此将该基因命名coHPL。     

山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶 DXR基因的克隆和SNP分析

在转录组测序结果分析基础上,以山鸡椒cDNA 为模板,克隆得到山鸡椒1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶DXR 基因cDNA 全长,以山鸡椒基因组DNA 为模板,设计引物、扩增拼接后获得山鸡椒DXR 基因全长,命名为LcDXR。序列分析表明,LcDXR cDNA 全长为1 501 bp,5'非编码区长34 bp,3'非编码区长53 bp,开放阅读框长1 413 bp,预测编码含有470个氨基酸残基的蛋白质,等电点为6.62,分子量为51.12 kD。LcDXR 基因全长为12 601 bp,其中外显子12 个,内含子11 个。对来自10个种源的LcDXR 基因编码区单核苷酸变异位点进行分析表明:在cDNA 区间内共发现10 个SNP(single nucleotide polymorphism)位点,其中有4 个单核苷酸变异导致了所编码的氨基酸的改变,为了分析氨基酸突变导致的蛋白质精细结构的变化,利用Swiss-PDB Viewer 模拟4 个突变位点氨基酸残基的替换。其中江西安远(AY)的突变Lys119Thr 引起了氢键的变化,推测可能对酶的活性产生影响。研究结果为深入研究山鸡椒脱氧木酮糖5-磷酸还原异构酶的活性和功能奠定了基础,同时为山鸡椒遗传育种提供理论依据。     

普通油茶两个Δ-12脂肪酸脱氢酶基因序列特征及表达模式研究

[目地]研究普通油茶油脂成分形成的调控机制。[方法]通过转录组测序获得2条普通油茶Δ-12脂肪酸脱氢酶基因序列,分别命名为Cofad6和Cofad2-2,并对这两个基因及其编码蛋白的序列特征进行比较,对其基因表达量与脂肪酸成分含量的相关性进行分析。[结果]Cofad6基因c DNA编码区全长1 347 bp,编码448个氨基酸;Cofad2-2基因c DNA编码区全长1 152 bp,编码383个氨基酸。经比对,Co FAD6蛋白与其余物种FAD6蛋白有65.7%83.68%的氨基酸同源,Co FAD2-2与浙江红花油茶FAD2-2蛋白有99.22%的氨基酸同源,与其余物种的蛋白质78.59%81.72%同源。蛋白质二级结构分析表明,Co FAD6和Co FAD2-2均具有一个脂肪酸去饱和酶结构域,属于脂酰-Co A去饱和酶基因家族;两者均为跨膜蛋白,且Co FAD2-2具有定位于内质网的保守模序。定量PCR检测发现,在普通油茶‘长林4号’无性系未成熟种子中,Cofad6表达量随着种子发育先升高后降低,而Cofad2-2基因随着种子发育表达量逐渐降低,与种子油脂中亚油酸、亚麻酸含量变化趋势呈显著正相关,与油酸含量变化呈显著负相关。[结论]推测Cofad2-2基因是调控普通油茶种子油脂中油酸和亚油酸含量的关键基因之一,该研究为普通油茶油脂改良基因工程育种奠定了基础。     

油茶丙酮酸激酶基因全长cDNA克隆及序列分析

丙酮酸激酶是糖酵解途径的关键酶,在油料作物脂肪酸合成中有重要作用。在实验室构建的油茶EST文库基础上,采用5′RACE和交错延伸PCR技术获得了油茶PK基因的全长cDNA克隆。该基因序列长2 114 bp,开放读码框为1 737 bp,编码579个氨基酸,蛋白分子量为63 766.5 Da,分子式为C2774H4470N784O875S30,与其他植物的PK基因具有较高的相似性。PK基因系统进化树表明,油茶与蓖麻、杨树、葡萄的亲缘关系最近。     

油茶乙酰辅酶A羧化酶BC亚基全长cDNA克隆及序列分析

以油茶‘湘林1号’品种的近成熟种子为材料,采用简并PCR、RACE、交错PCR等技术,获得了油茶乙酰辅酶A羧化酶BC亚基基因的全长cDNA克隆。该基因cDNA序列全长1 901 bp,含有一个1 599 bp的ORF,编码533个氨基酸残基。BC蛋白的等电点pI为6.88,分子量为58 509.3 u,含两个跨膜结构域,是一个不稳定的非分泌蛋白。模体搜索结果表明在BC上具有N-糖基化位点、蛋白激酶C磷酸化位点、ATP结合位点等多个功能结构域。同源建模的模型中发现12个α-螺旋,整个BC蛋白为一个内凹的结构。该基因已登录到GenBank,并被命名为co-bc。     

1个油茶Y2SK2型脱水素的全长cDNA克隆及生理功能的预测

以构建的油茶EST文库为基础,采用电子克隆技术,分离克隆一个脱水素基因的全长cDNA序列,该基因的cDNA全长1 406 bp,含一个600 bp的CDS,编码200明的小分子蛋白.推测该基因编码蛋白的分子质量为21 ku,等电点7,暂命名为CoDHNI.同源性分析发现该基因的编码蛋白具有2个Y-片段(DEYGNP),1个S-片段(SGSSSSSS),2个K-片段(KIKEKLPG),属于典型的Y2sIQ型脱水素.经Blast比对,发现富含苏氨酸的Thr-区在各物种间变异显著,推测该区为油茶所特有,有利于在被保护的大分子表面形成水合层;同时还发现一个十分保守的基序:EDDGQGGRRKK,可能有利于脱水素的磷酸化和亚细胞定位.通过与柑桔和拟南芥的脱水素比较,提出CoDHNI有可能缓冲种子脱水胁迫响应时钙离子的瞬时增高,并可结合重金属离子,以减轻活性氧的危害.     

茶树2个MYB转录因子基因的克隆及表达分析

MYB类转录因子是一类包含一段保守的DNA结合结构域的基因家族,广泛地参与植物发育和植物次生代谢的调节。根据前期芯片杂交和文库筛选得到的2个MYB转录因子的部分序列,采用RT-PCR和RACE技术分离得到它们的全长基因:CsMYB1和CsMYB2,在GenBank的登录号分别为HQ660373和HQ660374。序列分析表明:CsMYB1基因全长1132bp,开放阅读框长879bp,编码292个氨基酸,推测的蛋白分子量约为32.9ku,理论等电点为8.13;CsMYB2基因全长1020bp,其中开放阅读框长675bp,编码224个氨基酸,推测的蛋白分子量约为25.4ku,理论等电点为9.05。2个基因编码的蛋白均具有明显的R2R3MYB结构域,且在R3结构域的下游都含有1个相对保守的C1(LIXXGIDPXTHR)基序。同源性分析表明:茶树CsMYB1和CsMYB2编码的氨基酸序列与其他植物的MYB类转录因子具有较高的相似性,其中CsMYB1编码的氨基酸序列与陆地棉MYB1的相似性为57%,CsMYB2编码的氨基酸序列与葡萄MYBC2的相似性为75%。利用荧光定量PCR技术检测2个转录因子基因在遮荫处理条件下的表达规律,及其在茶树不同组织中的表达特性,结果表明:CsMYB1和CsMYB2在不同组织中均有表达,但表达量具有明显区别,其中CsMYB2在叶片中的相对表达量是根中的100多倍;而遮荫处理能明显降低叶片中的花青素含量,并提高CsMYB1的表达,但对转录因子CsMYB2的影响不大。     

杉木木材形成过程扩展蛋白基因的克隆与表达分析

扩展蛋白是一类细胞壁结合蛋白,在一定的pH值下无需任何激活蛋白就可诱导细胞壁的伸展。以杉木木材形成的特异表达基因文库中获得的扩展蛋白ESTs序列为基础,通过RLM-RACE技术成功克隆到3条全长扩展蛋白基因。其中ClEXPA1 cDNA全长1033 bp,包括247个氨基酸的开放阅读框(ORF)区;ClEXPA2cDNA全长1374bp,包括268个氨基酸的开放阅读框;ClEXLA1cDNA全长1023bp,包括272个氨基酸的开放阅读框。进化树重建结果表明:ClEXPA1和ClEXPA2属于α-expansin(EXPA);ClEXLA1属于γ-expansin(EXLA)。实时定量PCR显示:ClEXPA1和ClEXPA2具有较为相同的表达模式,在形成层区域表达最高,在针叶及茎尖中度表达,成熟木质部表达较低,而根和花粉中几乎不表达;ClEXLA1在形成层及针叶中均有较高的表达,在木质部及茎尖中度表达,花粉中表达较低,而根中几乎检测不到。该组扩展蛋白的成功克隆,将为系统研究扩展蛋白在木材形成过程中的表达、功能及调控机制提供基因资源。     

油茶EST文库中不饱和脂肪酸合成关键酶基因的序列分析

采用生物信息学方法,从随机测序而构建的油茶优良无性系湘林1号种子EST文库中初步鉴定了与茶油脂肪酸形成相关的大部分关键酶基因,并对其中几个直接控制不饱和脂肪酸的形成与转化的基因进行了相应的序列分析．     

毛竹苯丙氨酸解氨酶基因的克隆及组织特异性表达分析

苯丙烷类代谢途径是植物代谢中一条非常重要的途径,一切含苯丙烷骨架的物质都是由这一途径直接或间接生成.     

600℃下油茶饼粕乙醇提取物与提取残渣热裂解产物的组分分析

油茶饼粕是油茶种子制备茶油后的副产物,含有多种生物活性成分。为给油茶饼粕资源的高效利用提供理论依据,采用索氏抽提方法,以乙醇为浸提溶剂,对冷冻干燥除水后的油茶饼粕进行浸提,对其提取物和提取残渣进行真空浓缩干燥处理,并在600℃的条件下分别进行热裂解,然后对热裂解产物的组分进行热裂解-气质联用(Py-GC/MS)分析。结果表明:油茶饼粕乙醇提取物的热裂解组分中含有杂环类、酮、酯、酚、烃类、醛等成分,而其提取残渣的热裂解组分中含有杂环类、酮、酸、酯、醚、酚、糖类、氨基酸、腈等成分;油茶饼粕乙醇提取物与提取残渣的热裂解产物中的部分组分可用作生物医药、香料、化妆品的生产原料。