Streptomyces sahachiroi ATCC 33158中一个Ⅲ型聚酮合酶基因的克隆及功能分析

从链霉菌Streptomyces sahachiroi ATCC 33158基因组中克隆到1个聚酮合酶（polyketide synthase,PKS）基因orf18。生物信息学及进化树分析表明它可能属于rppA类Ⅲ型PKS基因。通过RT-PCR证实了该基因在野生型S.sahachiroi中是可以进行转录表达的。HPLC和LC-MS分析的结果表明orf18在S.lividans中异源表达时可产生1,3,6,8-四羟基萘(THN),并且发现该基因也可以在革兰氏阴性菌Pseudomonas stutzeri中异源表达并产生明显的棕红色色素。证明orf18编码的蛋白属于RppA类Ⅲ型PKS,可催化THN的合成,而产物THN在革兰氏阴性菌P.stutzeri中可进一步氧化及聚合形成棕红色色素。     

Streptomyces sahachiroi ATCC 33158中启动子PaziU1的克隆及表达

为鉴定和分析aziU1基因的启动子PaziU1,将该基因上游183bp的DNA片段和组成型强启动子PermE*(作为阳性对照)分别克隆到启动子探针载体pIJ8660中,以增强型的绿色荧光蛋白基因(egfp)作为报告基因,通过检测菌丝体中绿色荧光的强弱,对PaziU1的启动子活性进行了定性和定量分析。PaziU1在3种不同的链霉菌Streptomyces sahachiroi、Streptomyces lividans ZX1和Streptomyces albus中均表现出启动子活性。PaziU1的启动子活性在初始培养的36h略低于PermE*,在培养48h后,PaziU1的表达活性高于PermE*。结果表明,Pazi U1与PermE*一样,是一个可以在链霉菌中组成型表达的强启动子。     

真菌聚酮合酶基因研究进展

真菌聚酮化合物是一类重要的次生代谢产物,其结构和功能多样,生物学活性广泛.聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)是催化聚酮化合物合成的关键酶.近几年,随着基因组测序技术、分子生物学技术和遗传分析工具、表达宿主、重组酶制剂等的发展,真菌聚酮合酶基因的研究取得了许多新的进展.文章对近年来在真菌聚酮合酶基因获得、基因功能验证及真菌聚酮合酶基因工程方面的研究进展进行了综述,并对该领域的研究热点进行了展望.     

细菌Ⅲ型聚酮合酶研究进展

Ⅲ型聚酮合酶（PKS）被认为是结构最简单的聚酮合酶,这一类酶广泛存在于植物细菌和真菌中。随着基因组学的发展,细菌中Ⅲ型聚酮合酶引起越来越多的关注。Ⅲ型聚酮合酶在不同细菌中表现出不同的功能,其产物的结构和生物学活性也各不相同。对细菌Ⅲ型聚酮合酶的生物工程学改造也一直是研究的热点。综述了目前已经完成功能鉴定的细菌Ⅲ型聚酮合酶的研究进展,按照细菌Ⅲ型聚酮合酶产物的不同将其分为五类,并分别论述了各类细菌Ⅲ型聚酮合酶的结构、功能以及特点,对深入研究不同细菌Ⅲ型聚酮合酶以及进行生物工程学改造具有重要意义。     

抗稻瘟病菌链霉菌JK-1聚酮合酶合成基因的克隆

利用前人已报道的经典的KA系列、LC系列及MT系列简并引物扩增Streptomyces JK-1基因组DNA,共获得10条目标片段,所有序列的GC含量均在70%左右,具有链霉菌的高GC含量特性。其中片段1与S.coelicolor A3(2)的AL939117.1基因序列在50%可比对序列上有90%的相似性,片段2与S.ambofaciens ATCC 23877的Am238663.1基因序列在95%可比对序列上有81%的相似性,片段10与S.avermitilis MA-4680的BA000030.3基因序列在93%可比对序列上有85%的相似性。其余7条序列与GeneBank数据库中的序列无相似性。分析结果表明,已获得了新的PKS基因的部分片段,这些片段可以作为下一步获得PKS基因全长的有效探针。     

利用同框敲除技术研究Ⅲ型聚酮合酶基因orf18的代谢产物

为了阐明Streptomyces sahachiroi ATCC 33158中Ⅲ型聚酮合酶基因orf18的功能,利用同源双交换的方法对该基因进行同框敲除,采用异位表达的方法进行了相应的回补实验。通过高效液相色谱及液相色谱-质谱联用分析发现基因orf18的敲除会明显降低发酵产物中苯甲酸盐的含量,回补该基因能够在一定程度上恢复苯甲酸盐的产量,表明orf18在原宿主中极有可能参与苯甲酸盐的生物合成。     

皮革肾岛衣一个聚酮合酶基因的克隆与鉴定

通过对地衣型真菌皮革肾岛衣转录组数据的分析,挖掘出1条非还原型聚酮合酶基因,通过RT-PCR首次克隆得到该基因的cDNA全长(NpPKS2),并通过生物信息学手段分析其基因和蛋白氨基酸序列,采用荧光定量PCR技术分析该基因在不同培养基上的表达情况.结果显示:NpPKS2基因全长6 249 bp,编码2 082个氨基酸;生物信息学分析显示该基因编码1种非还原型聚酮合酶,结构域顺序为SAT-KS-AT-PT-ACP-TE,根据聚类分析和结构域分析,推断NpPKS2为苔色酸合成酶;荧光定量分析显示地衣型真菌皮革肾岛衣中的NpPKS2基因用BMG培养基培养时表达量最高.     

Cis-AT和Trans-AT聚酮合酶及其特殊功能域研究进展

聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)是产生聚酮化合物的模块化复合酶,聚酮合酶能产生数量众多并具有生物活性的聚酮类天然产物。近年来一类与cis-AT聚酮合酶存在较大差异的trans-AT聚酮合酶被广泛研究。文章介绍cis-AT聚酮合酶与trans-AT聚酮合酶区别及trans-AT聚酮合酶基因簇中特殊功能域研究进展,展望利用功能域改造基因簇研究方向,以期为天然产物改造提供新靶点。     

矮牵牛遗传转化查尔酮合酶基因的研究

本文建立了矮牵牛的遗传转化体系,并将查尔酮合酶基因转入矮牵牛。经PCR检测,得到34个转查尔酮合酶基因株系。探讨了查尔酮合酶基因对花色及育性的影响。     

富集培养促进宏基因组途径获得聚酮酶基因的研究

进行了富集培养促进宏基因组途径获得聚酮酶基因的研究。结果表明,通过富集培养土壤样品有效提高了红树林土壤高分子量DNA的提取效率,且经分散差速离心(DDC)法预处理并由RH-土壤浸提液富集培养后,可同时检测到放线菌和聚酮化合物合成酶的特征序列,该富集培养样品有助于构建红树林土壤宏基因组BAC文库和聚酮合酶基因的筛选。     

玫瑰查尔酮合酶CHS基因的克隆及生物信息学分析

本研究旨在克隆玫瑰查尔酮合酶CHS基因并对其进行生物信息学分析,以期为利用基因工程技术改变玫瑰花色、培育玫瑰新品种奠定良好基础。以玫瑰品种‘唐红’(Rosa rugosa‘Tanghong’)为试材,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中获得了玫瑰查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)基因的c DNA全长。经生物信息学分析,该基因全长1416 bp,开放阅读框1167 bp,编码389个氨基酸,其蛋白的分子式为C1899H3043N505O562S18,相对分子质量为42.518 k Da,等电点为6.12。该蛋白不稳定系数低于40,为稳定性蛋白,无信号肽和剪切位点存在。其蛋白质二级结构主要由42.16%的α螺旋、29.05%的随机卷曲、10.54%的β转角和18.25%的延伸链组成。系统进化分析表明,玫瑰CHS基因与同科植物月季、草莓亲缘关系最近,与其他科及同科其他属植物的亲缘关系较远。本研究首次克隆了玫瑰CHS基因,获得了其生物信息学相关信息,探明了CHS基因在类黄酮生物合成过程中的重要作用,为改良玫瑰花色提供了理论依据。     

链霉菌GEMSM4(6)中聚酮合酶和非核糖体多肽合成酶基因的筛选及克隆

链霉菌GEMSM 4(6)的发酵产物具有抗革兰氏阳性菌和阴性菌的活性,同时还对酵母及丝状真菌尤其是植物病原菌,具有较强的抑制作用。本研究利用简并性引物对该链霉菌基因组中可能存在的聚酮合酶(PKS)和非核糖体多肽合成酶(NRPS)基因进行PCR扩增及序列分析,找到了3个NRPS及15个PKS基因的片段,其中PKS基因与Streptomyces violaceusniger Tu 4113的PKS基因序列同源性最高,达到91%~99%;而NRPS基因与数据库中已知的NRPS基因序列同源性仅为60%~62%。为克隆NRPS生物合成基因簇,构建了链霉菌GEMSM 4(6)的基因组细菌人工染色体(BAC)文库,通过PCR筛选得到包含有这3个NRPS基因的克隆子,为后期的异源表达及基因组发掘分析提供基础。     

查尔酮合酶基因重复-歧化的遗传学效应

基因的重复-歧化是生物进化的重要机制。查尔酮合酶（CHS）是类黄酮途径的第一个关键酶,影响植物的多种性状。本文综述了CHS基因经重复-歧化后的假基因化、亚功能化、新功能化、基因互作这4种遗传学效应的表现和发生原因,并从系统发生的角度综述了亚功能化和新功能化的成员在分子进化树上的聚类式样。     

查尔酮合酶蛋白表达技术、结构、活性和进化

查尔酮合酶(CHS)是类黄酮途径的首步关键酶,参与合成所有类黄酮和异黄酮物质,参与决定多种植物重要性状。NCBI已有2917条CHS序列登录和释放。单个物种基因组中的CHS普遍由基因家族编码,通过基因加倍而产生。CHS蛋白的表达技术目前均是基于大肠杆菌的原核表达,多采用Novagen公司的pET载体系统,最通行参数为37℃条件下1 mmol/L IPTG诱导3h,表达蛋白普遍采用His-Tag进行亲和纯化,采用质谱或免疫分析技术进行身份检测,通过对生化反应底物和产物的HPLC检测可以精确分析酶活。苜蓿等植物的CHS蛋白已完成X射线晶体衍射研究,获得了三维结构和活性位点构象的初步解析,并与植物Ⅲ型PKS超家族中的其它酶类进行了比较。CHS蛋白的催化活性中心含有一个Cys-His-Asn三联体,另外CoA结合通道和内部的起始/延伸/环化腔关系到CHS蛋白的底物特异性及聚酮化合物链延伸的长度。植物Ⅲ型PKS超家族中,其它酶的结构骨架和催化方式与CHS相似,但活性位点残基的变化可能会造成活性中心结构的改变,进而产生底物特异性、催化能力和产物种类的显著变化,是蛋白水平进化的根本动力。     

红树植物秋茄查尔酮合酶基因克隆及其在盐胁迫下的表达分析

以秋茄(Kandelia candel)叶片为试验材料,采用RT-PCR的方法获得秋茄查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)基因的cDNA序列,命名为KcCHS,GenBank登录号为KX673194.1.序列分析结果表明,KcCHS基因的cDNA序列长度为1170bp,编码389个氨基酸,属于CHS超家族.序列比对结果显示,秋茄与其他物种的CHS基因核苷酸序列具有较高的相似性,平均达到80%以上.系统进化分析显示,KcCHS基因与余甘子CHS基因亲缘关系最近.实时荧光定量PCR分析表明,秋茄叶片KcCHS基因的转录水平随着NaCl浓度的升高而上升.此外,随着NaCl浓度的升高,黄酮类化合物的含量显著增加,羟自由基清除率也明显提高.     

选择与适应:兰科植物查尔酮合酶基因家族成员的分子进化和功能趋异

回顾了近十五年来国内外对各科植物查尔酮合酶基因CHS分子进化的研究成果,并结合作者近年来对兰科植物CHS基因分子进化的研究结果,对兰科植物CHS基因分子进化和功能趋异的机制展开综述,揭示了植物中普遍存在的CHS基因分子进化以及伴随的功能趋异的现象和机制,初步探讨了CHS基因分子进化与生物进化和自然选择的关系。     

蓝莓鲨烯合酶基因的克隆与表达分析

鲨烯合酶基因(SQS)在植物三萜类化合物合成途径中起着重要作用,是上游代谢通路中的关键基因。本研究采用RT-PCR技术从‘喜来’蓝莓根中克隆得到VcSQS基因,序列全长1 489 bp,序列分析结果表明,其含有1 242 bp的开放阅读框,编码413个氨基酸。氨基酸同源序列分析表明,蓝莓与其它物种SQS蛋白氨基酸序列相似性很高,与山茶科的茶相似性最高,达90.58%,与葡萄相似性达87.92%。荧光定量试验结果表明,SQS基因在蓝莓叶中的表达量最高,芽中的最低。     

虎杖PcPKS1基因RNAi载体的构建

虎杖(Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc.)是富含芳香族聚酮化合物的药用植物,Ⅲ型聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)对芳香族聚酮化合物的合成起重要作用。为了研究虎杖Ⅲ型聚酮合酶基因Pc PKS1的功能,分别选取Pc PKS1基因的编码区保守序列(574 bp)和3′端非编码区特异序列(209 bp)作为干扰片段。将选定的干扰片段,分别以正向和反向插入到p YLRNAi载体中GUS基因内含子的两侧,以形成hp RNA表达盒,成功构建了以组成型Ca MV35S为启动子,以潮霉素抗性为筛选标记的RNA干扰表达载体p YLRNAi-CDS和p YLRNAi-UTR,并将载体导入农杆菌LBA4404中。     

刺五加ATP合酶β亚基基因的克隆与序列分析

[目的]克隆刺五加叶绿体的ATP合酶β亚基cDNA并对其进行生物信息学分析。[方法]根据已知物种叶绿体ATP合酶β亚基基因的序列,设计1对同源引物,通过RT-PCR扩增得到刺五加ATP合酶β亚基cDNA,并对其进行序列比对及结构预测分析。[结果]RT-PCR扩增获得了长1099bp的刺五加ATP合酶β亚基cDNA,该基因编码366个氨基酸。序列比对及结构预测分析表明,刺五加ATP合酶β亚基基因编码的氨基酸与水稻的同源性最高,达96.41%。其二级结构中含有171个α螺旋（alpha helix）,占46.72%;53个延伸链（extended strand）,占14.48%;27个β折叠（beta turn）,占7.38%;115个无规则蜷曲（random coil）,占31.42%。第262～271位氨基酸为ATP合酶β亚基的标志性位点。整个多肽链无明显的疏水区域,初步认定为亲水性蛋白。[结论]该试验克隆得到的ATP合酶β亚基基因为叶绿体ATP合酶β亚基基因,为研究刺五加能量代谢对植物次生代谢的影响及了解植物ATP合酶的结构与功能提供了必要的信息。