花生油脂合成相关酰基转移酶基因的研究进展

花生是重要的油料作物和经济作物,我国花生年产量居世界第一,居国内油料作物首位,其总产的50%以上均用于榨油。囿于国内粮油争地矛盾和不断增长的油脂消费需求等因素,提高油料作物含油量对保障我国食用油脂安全具有重要的战略意义。花生种子油脂的主要成分为三酰甘油(TAG),其合成受到多个限速酶基因的协同调控,这些基因的时空表达特性、脂肪酸底物选择性和非生物胁迫响应等机制与油脂积累密切相关,最终影响油籽的产量和品质形成。植物油脂合成是涉及多个亚细胞区室、多条合成途径调控的复杂代谢网络,本文在总结植物油脂区室化合成步骤的基础上,对花生油脂的功能特性以及花生油脂合成途径中相关关键酰基转移酶的作用机制和研究现状进行归纳阐述,并提出存在的问题和建议,为花生油脂性状的精准鉴定和遗传育种提供参考。     

椰子溶磷脂酸酰基转移酶基因克隆及农杆菌介导甘蓝型油菜的遗传转化

月桂酸是在清洁用品和医药产品中有重要用途的中链脂肪酸。椰子中富含月桂酸特异的溶磷脂酸酰基转移酶基因,克隆该基因在油菜中表达若可获得含月桂酸的油菜新种质,将具有良好的应用价值。为获得脂肪酸成分改良的油菜种质资源,从椰子胚乳中克隆出该基因并构建35S驱动的植物表达载体,通过农杆菌介导法转化油菜子叶柄,在获得的约20株的转化苗中已鉴定有6株转化植株。     

甜瓜果实醇酰基转移酶基因的克隆及表达分析

根据在GenBank中登录的烟草、番茄等的醇酰基转移酶基因的保守序列设计引物,利用RT—PCR和RACE（Rapid Ampllfieation of cDNA Ends,cDNA末端快速扩增）技术从甜瓜白交系M01—3花后25d的果实总RNA中扩增到甜瓜醇酰基转移酶基因全长cDNA。该基因全长为1429bp,开放读码框为1383bp,编码461个氨基酸,GenBank中登录号为EU431334。利用荧光定量PCR方法进行了该基因在果实发育过程中的表达特性分析,结果表明该基因在花后15d果实中的表达量最低,成熟果实中表达量最高。     

拟南芥和水稻CesA基因家族的生物信息学分析

以拟南芥和水稻21个纤维素合成酶基因(CesA)为研究对象,对其基因结构、保守结构域、蛋白质跨膜结构、亚细胞定位、基因表达等进行综合分析。结果显示,Ces A基因长度在3.5~6.5 kb,有7~13个内含子(OsCesA10除外)。Ces A基因编码的蛋白质保守性较强,含有该基因家族的保守结构域Ring finger(OsCesA10、OsCesA11除外)和Cellulose synthase。水稻和拟南芥的CesA蛋白跨膜螺旋数量为6个或8个(OsCesA10除外)。蛋白质亚细胞定位结果表明,21条Ces A蛋白全部定位在质膜上。大部分At Ces A基因在植株的幼根、幼叶和愈伤组织中均有表达,而大部分OsCesA基因仅在幼根或幼叶中表达。     

玉米甘油-3-磷酸酰基转移酶基因ZmGPAT13生物信息学及表达特性分析

【目的】对玉米（Zea mays L.）甘油-3-磷酸酰基转移酶（Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT）家族成员ZmGPAT13进行生物信息学分析和在不同非生物胁迫处理下的基因表达模式变化检测,为进一步研究ZmGPAT13的生物学功能奠定理论基础。【方法】通过TAIR和MaizeGDB数据库获得拟南芥（Arabidopsis thaliana）和玉米中GPAT家族蛋白序列,利用生物信息学方法进行理化性质、蛋白结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化、磷酸化位点和启动子顺式作用元件等分析,并采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对ZmGPAT13在不同组织部位及甘露醇（Mannitol）、NaCl、脱落酸（ABA）、高温（42℃）、低温（4℃）处理下的相对基因表达量进行分析。【结果】ZmGPAT13是一个定位于线粒体的跨膜蛋白,与部分GPAT家族成员含有排序相同的15个保守基序（motif）,且与拟南芥中AtGPAT1的亲缘关系最近;预测分析发现ZmGPAT13含有62个磷酸化位点,可能与玉米中多个GPATs存在相互作用关系;ZmGPAT13基...     

微藻中二酰基甘油酰基转移酶基因（DGAT）结构及进化分析

从数据库中获取微藻及高等植物中的二酰基甘油酰基转移酶基因(DGAT),对4种酶通过基因和蛋白质结构的比较及系统发育树的构建进行多样性和进化程度分析。为了进一步分析微藻中DGAT的进化过程,对其进行正选择位点的检验,推测其在进化过程中受到的选择压力。结果显示:微藻中不同类型DGAT的基因结构及蛋白质结构差异较大,微藻与其他高等植物相比,同一种类型的DGAT的蛋白质结构和基因结构也有较大差别。同时发现微藻中DGAT同其他高等植物中的DGAT有不同的进化过程。选择压力分析结果显示,微藻及高等植物的DGAT2和WS/DGAT存在可信度较高的正选择位点,DGAT1和DGAT3未发现正选择位点。对微藻中DGAT的进化研究有助于破译其在油脂积累中的作用,推动可再生能源的研究。     

沙棘PAL家族基因的生物信息学分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase,PAL)是黄酮合成代谢途径中的关键酶,对植物中黄酮类物质的积累有重要的作用。为研究PAL家族基因及其编码蛋白的结构特征,本研究以前期获得的沙棘转录组测序数据为基础,通过功能注释与分析获得了3个PAL家族成员基因,分别命名为HrPAL1、HrPAL2和HrPAL3。生物信息学分析结果表明:沙棘PAL家族基因均含有完整的开放阅读框,编码以α-螺旋和无规卷曲为主要二级结构的亲水蛋白,其中HrPAL1是具有信号肽的分泌性蛋白。3种HrPAL蛋白在三级结构上有不同程度的相似性。     

麻疯树质体甘油-3-磷酸酰基转移酶(JcGPAT2)cDNA的克隆及序列分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT:EC2.3.1.15)是催化脂肪酰基转移到甘油-3-磷酸的Sn-1位上合成1-酰基-Sn-甘油-3-磷酸(溶血磷脂酸)的酶。通过设计兼并引物和RACE引物,克隆得到麻疯树质体JcGPAT2基因(GenBank登录号:FJ952147),其cDNA全长1 516 bp,其中编码区1 389 bp,编码462个氨基酸,与蓖麻等植物GPAT基因高度同源,且含有4个保守功能结构域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。表达分析表明,JcGPAT2在麻疯树各组织中为组成型表达,在胚中最高而茎中最低;在种子发育过程中,Ⅰ、Ⅱ期表达量较高,Ⅲ期表达量减弱后在IV期又显著增强;在冷处理麻疯树叶片中,其受冷诱导后表达量在处理4 h时显著增加,12 h后又逐渐降低。表明JcGPAT2在种子油脂合成和抗冷性反应中可能起到重要作用。     

薏苡油脂合成关键基因克隆及其生物信息学分析

[目的]掌握薏苡二酰甘油酰基转移酶基因(ClDGAT)、内质网油酸脱饱和酶基因(ClFAD2)和硬脂酸脱饱和酶基因(ClSAD)的生物信息学特性,明确薏苡油脂代谢调控机制,为今后开展以提高薏苡含油量和改良脂肪酸组成为目标的育种研究提供理论依据.[方法]利用RT-PCR和RACE克隆薏苡油脂合成关键基因(ClDGAT、ClFAD2和ClSAD),通过染色体步移技术获得ClFAD2和ClSAD基因启动子序列,并以ExPASy ProtParam tool、SMART、TMHMM Server v.2.0和SOPMA等在线软件进行生物信息学分析.[结果]从薏苡叶片中成功克隆获得ClDGAT、ClFAD2和ClSAD基因,NCBI登录号分别为MK589802、MK589803和MK589804.其中,ClDGAT基因cDNA序列全长1842 bp,其开放阅读框(ORF)为1539 bp,编码512个氨基酸;ClFAD2基因cDNA序列全长1768 bp,其ORF为1164 bp,编码387个氨基酸,无内含子;ClSAD基因cDNA序列全长1727 bp,其ORF为1182 bp,编码393个氨基酸,有2个内含子.ClDGAT和ClFAD2为不稳定蛋白,ClSAD为稳定蛋白;ClDGAT为疏水性蛋白,ClFAD2和ClSAD为亲水性蛋白.ClDGAT蛋白含有MBOAT功能域,有9个跨膜区;ClFAD2蛋白含有2个功能域(DUF3473和FA_desaturase),有3个跨膜区;ClSAD蛋白含有FA_desaturase_2功能域,无跨膜区.基于蛋白氨基酸序列相似性构建的系统发育进化树显示,ClDGAT、ClFAD2和ClSAD均与高粱对应的蛋白聚类在同一分支上,即薏苡在进化关系上与高粱的亲缘关系最近.ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上均含有光响应元件(Light responsive element)、生长素响应元件(Auxin-responsive element)、茉莉酸甲酯响应元件(MeJA-responsive element)和ABA响应元件(ABA responsive element).[结论]ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上含有抗逆性相关顺式作用元件和植物激素响应元件,说明ClFAD2和ClSAD基因不仅参与薏苡的籽粒发育及油脂合成,还可能与植株的抗逆响应相关.     

紫苏二酰甘油酰基转移酶基因(PfDGAT1)鉴定及表达分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是TAG合成过程中的限速酶。以晋紫苏1号为材料,采用电子克隆技术获得DGAT1基因(PfDGAT1,AF298815.1),并对PfDGAT1基因序列进行生物信息学及表达特性分析。结果表明,PfDGAT1基因序列全长为1 964 bp,开放阅读框长度为1 605 bp,共编码534个氨基酸残基;多序列比对和系统进化树分析表明,紫苏Pf DGAT1蛋白与芝麻、油橄榄的DGAT1蛋白的亲缘关系较近,序列同源性分别为89%和83%;利用实时荧光定量PCR技术分析PfDGAT1基因在紫苏不同组织中的表达特性,结果显示,PfDGAT1基因在紫苏不同组织中均有表达,但在种子中表达量最高,且随种子发育表达量呈先升高后降低的变化趋势,在开花后20 d表达量达到最高。     

芍药PlFLS基因生物信息学分析及对拟南芥的遗传转化

【目的】探讨类黄酮合成途径关键基因黄酮醇合酶基因(FLS)在芍药Paeonia lactiflora花色调控中的作用。【方法】克隆获得芍药Pl FLS基因,对其进行生物信息学分析,构建Pl FLS基因的过表达载体,通过农杆菌介导的Floral-dip法进行拟南芥遗传转化研究。【结果】生物信息学分析表明,芍药Pl FLS基因氨基酸序列与茶树相似性较高,存在2个功能结构域,但不存在信号肽位点。芍药Pl FLS蛋白预测模型揭示了其蛋白三级结构中存在1个2–氧代戊二酸配体,并与多条肽链相连接。试验成功获得了转Pl FLS基因纯合拟南芥植株,GUS染色和PCR鉴定证实了目的基因已经整合转基因植株基因组,q RT-PCR分析显示,相对于野生型,Pl FLS基因在遗传转化植株中显著高表达(P0.05)。色谱分析结果显示,转Pl FLS基因拟南芥植株叶片中花黄素含量显著增加(P0.05)。【结论】成功构建转Pl FLS基因拟南芥,并证明Pl FLS基因可以显著影响拟南芥类黄酮合成途径。     

森林草莓FvCAX基因家族的鉴定及生物学功能分析

CAXs是存在于植物细胞质膜或液泡膜上的多基因家族,能调控Ca2+的平衡,是重要的阳离子转运蛋白.因此,从全基因组水平确定森林草莓中CAX基因家族成员并通过数据库分析CAX家族成员的进化关系和基因结构、分析表达模式和顺式作用元件,可为研究森林草莓中CAX基因家族的功能奠定理论基础.首先获得拟南芥CAX的保守序列作为参考,通过TBtools软件比对得到森林草莓FvCAXs基因家族成员.利用数据库分析家族成员的染色体定位并进行命名,分析得到FvCAXs的理化性质、亚细胞定位、基因结构及保守结构域.比较FvCAXs基因在不同组织及同一组织不同发育时期的表达量并利用R软件对FvCAXs家族的基因表达模式进行可视化分析,通过植物顺式调控数据库分析FvCAXs启动子元件.森林草莓FvCAXs家族包含7个成员,编码427 ～ 543个氨基酸、分子量介于47.02 ～58.82 kDa,等电点介于4.90 ～ 5.81,且都为疏水性蛋白;大多数位于细胞质膜和液泡膜上,少部分位于叶绿体类囊体膜;进化上森林草莓与月季、苹果的CAX亲缘关系较近.森林草莓FvCAXs具有组织特异性表达特点:FvCAX1～3和FvCAX5在整个植株发育时期表达量较低,仅在花发育的部分时期有表达量;FvCAX6和FvCAX7在苗期、叶片、花的发育过程和种子的形成过程中表达量都有显著性增加.启动子分析表明,顺式作用元件主要有MYB、Dof (AAAG)、WRKY、W-box和MBS,表明FvCAXs基因家族成员的大多数基因能够参与外界的胁迫反应.     

家蚕Septin基因家族的全基因组鉴定及分析

Septin基因家族存在于除植物外的所有真核生物中,是具有GTPase活性保守基因家族。Septin蛋白功能多样,能够参与细胞分裂、细胞内物质转运、细胞周期调控及细胞凋亡等生理反应,并与肿瘤发生、神经功能障碍和病原物侵染的过程直接相关。利用果蝇的5个Septin基因家族蛋白序列检索家蚕基因组数据库,发现家蚕基因组中存在4个septin基因,其蛋白序列都具有完整的保守结构域;通过与果蝇、酵母等Septin蛋白进行聚类分析,发现该基因家族具有高度保守性,并对家蚕4个septin进行命名为BmPnut、BmSeptin1、BmSeptin2和BmSeptin4;通过查找基因芯片数据库分析了家蚕septin基因家族在各组织的表达模式,4个septin基因在各组织表达量各不相同,为下一步研究家蚕septin基因功能奠定了基础。     

光核桃AmSO基因初克隆及生物信息学分析

为了初步探索光核桃（Amygdalus mira）亚硫酸盐氧化酶（Sulfite oxidase,SO）的蛋白结构与功能,以1 a生光核桃叶片cDNA为模板,采用分子克隆技术获得光核桃AmSO基因全长为1 182 bp的开放阅读框（ORF）,共编码393个氨基酸,相对分子质量是43.45 ku。生物信息学分析结果显示,AmSO蛋白是一种能在细胞核内发挥生物学作用的稳定碱性亲水蛋白,二级结构由无规则卷曲、α-螺旋和延伸链构成。蛋白结构域的预测及氨基酸序列同源性比对发现,编码氨基酸序列的N端具有氧化钼结构域,常存在于氧化还原酶中,可以与钼辅因子结合;在C端具有钼钴（Mo-co）二聚体结构域,该结构域参与二聚体的结合,并且能够参与硫、氮和碳循环中的氧化还原反应,二者在进化过程中高度保守。系统进化树分析表明AmSO与碧桃PpSO亲缘性最近,进化相对保守。对光核桃AmSO蛋白进行生物信息学预测,有助于进一步系统研究光核桃 AmSO基因在生物学上的功能,为进一步了解其对非生物胁迫的响应机制奠定基础。     

绵羊肺炎支原体贵州株P113基因的克隆与生物信息学分析

为获得绵羊肺炎支原体贵州株P113基因生物信息学特征,应用DNAStar、Mega 5.0、Protparam、Protscale、IEBD等工具对其(GZ-QX1株)P113蛋白特性、结构和功能进行预测分析。结果显示,绵羊肺炎支原体GZ-QX1株P113基因序列大小为3 240bp,编码1 079个氨基酸,与绵羊肺炎支原体Y98标准株、四川SC01株、猪肺炎支原体P97、丝状支原体山羊亚种、山羊支原体山羊亚种的核苷酸序列同源性分别为99.9%、81.9%、60.4%、3.9%和5.2%。P113蛋白是分子质量约119ku的碱性蛋白,具有较多优势抗原表位;蛋白结构分析显示,P113蛋白无跨膜结构,有9个N糖基化位点,59个丝氨酸、16个苏氨酸的磷酸化位点,14种保守的特异性蛋白质激酶的结合位点;蛋白功能分析认为,P113可能是某信号传导通路的信号分子,也是一种具有良好抗原性的结构蛋白。     

毛果杨Eukaryotic translation initiation factor 5A（eIF5A） 同源基因的生物信息学分析

为研究毛果杨eIF5A基因间的同源性及其进化关系,以毛果杨的eIF5A基因为研究对象,利用生物信息学软件及网站对其进行碱基分布、氨基酸组成、亲疏水性、保守区以及二级结构和三级结构的预测与分析,并与其他物种的eIF5A氨基酸序列进行多重比对与进化分析。结果表明,4个毛果杨eIF5A基因定位于不同染色体上,且都只含有5个外显子;研究还发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;亚细胞定位分析表明,4个eIF5A蛋白均定位于细胞质上;二级结构预测结果显示,4个eIF5A氨基酸序列以无规则卷曲、扩展链和α-螺旋为主要组成部分,且4条氨基酸序列三维结构十分相似。上述结果均为毛果杨eIF5A基因家族的进一步功能分析提供了一定基础。     

羊口疮病毒安徽株116基因的生物信息学分析及原核表达

为了对羊口疮病毒（Orf virus, ORFV）安徽株116基因进行生物信息学分析及原核表达。以ORFVAH-F10株为模板PCR扩增116基因,使用生物信息学软件预测该基因编码蛋白的结构与功能。同时将扩增产物克隆至pET-32a（＋）原核表达载体,经BamH I及EcoR I双酶切鉴定后进行测序,构建pET-32a（＋）-116重组质粒。转化至大肠杆菌Rosetta（DE3）进行IPTG诱导,纯化蛋白后免疫BALB/c雌性小鼠制备多克隆抗体。测序结果显示,ORFV116基因全长561 bp,编码186个氨基酸。生物信息学分析结果显示：该蛋白分子量约为20.33 kDa,为不稳定亲水性蛋白;无信号肽、保守结构域及跨膜结构域;含有2个N糖基化位点和42个磷酸化位点;二级结构以无规则卷曲为主,分别为延伸链（5.91%）、α-螺旋（14.52%）与无规则卷曲（79.57%）;预测该蛋白含有20个可能的B细胞优势抗原表位与4个CTL细胞表位。SDS-PAGE及Western-blot结果显示,ORFV116蛋白大小约为51 kDa,主要以可溶形式表达且具有良好的反应原性。     

结球甘蓝SET基因家族鉴定与表达分析

植物SET基因是一类含有SET结构域的高度保守的基因家族,参与调控植物多种生命过程。为探讨结球甘蓝SET基因家族及其表达情况,采用生物信息学方法对SET基因家族进行鉴定,并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）和半定量PCR（RT-PCR）对SET基因在不同组织中的表达模式进行分析。结果鉴定出28个结球甘蓝SET基因,它们不均匀分布在除1号染色体外的其他8条染色体上,编码蛋白的相对分子质量在29.20 ~ 185.16 kDa之间,预测等电点在5.02 ~ 9.06之间。基因结构分析表明结球甘蓝SET基因有0 ~ 23个内含子。系统进化分析将该家族成员分为7个亚族,其中第Ⅱ和第Ⅴ亚家族成员最多。在7个亚家族中,每个家族挑选1个基因,qRT-PCR结果显示选取的7个SET基因在结球甘蓝的叶片中不表达,而在根、茎、花蕾和花中均有表达,其中花蕾中表达量较高,进一步RT-PCR检测发现其在花粉母细胞时期高度表达。对结球甘蓝SET基因家族进行了鉴定,分析其进化关系和表达模式,可为深入研究该家族基因功能奠定一定的理论基础。     

芒果PAL基因的克隆与序列分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)是酚类物质合成的第一个酶,是催化苯丙烷类反应的第一酶。根据已经报道的PAL基因的序列设计兼并引物,采用3′RACE和5′RACE方法,克隆得到了芒果果实PAL基因的全长cDNA序列。该基因开放阅读框为2160 bp,编码719个氨基酸,分子重量为79.18 kD。对基因组扩增得到了2200 bp长度的片段分析发现,该基因未含有内含子序列。通过系统发育分析发现,该基因编码的蛋白与问荆、杉木、银杏等植物具有较近的亲缘关系。对不同芒果品种的PAL基因的表达进行分析发现,红色的贵妃品种中表达量较高,而绿色的桂七品种中表达量较低。     

铁皮石斛SEP3基因的生物信息学分析及敲除载体的构建

SEP3(SEPALLATA3)基因是MADS-box家族中的一员,在花器官的形成和发育过程中具有重要作用.为了解SEP3基因在铁皮石斛(Dendrobium officinale)中的成花转变机理,从铁皮石斛转录组序列中获得一个SEP3基因序列,并命名为DoSEP3.预测其编码区长度为354 bp,预测编码117个氨基酸.DoSEP3蛋白相对分子质量13457.87 Da.其不稳定系数为60.53,亲水性的平均值为-0.121,是不稳定的亲水性蛋白,主要在内质网和细胞核中起作用.二级结构主要以α-螺旋为蛋白质最大量的结构元件,跨膜区分析推测DoSEP3蛋白质具有一个跨膜区.进一步的氨基酸比对显示,铁皮石斛DoSEP3蛋白与金钗石斛SEP3蛋白亲缘关系最近,可能具有类似的功能.基于生物信息学分析,利用CRISPR/cas9技术构建铁皮石斛基因敲除载体,并使用农杆菌介导法进行遗传转化,且已获得阳性原球茎,可为后续的SEP3基因表达研究奠定基础.