铁皮石斛咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)密码子偏好模式分析

咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)是木质素合成过程的关键酶,参与苯丙烷代谢。了解铁皮石斛COMT(Caffeic acid-O-methyltransferase)基因密码子的偏好性可为其功能和分子进化研究提供科学依据。采用Codon W、EMBOSS、SPSS、Origin等分析铁皮石斛COMT的密码子偏好参数,并通过ENC绘图、中性绘图和PR2-plot分析探讨COMT基因密码子偏好性形成的可能因素,同时使用SPSS19.0和MEGA6.0进行聚类分析。结果显示,铁皮石斛COMT基因ENC值、GC含量以及GC3分别为49、0.452和0.396,表明其密码子偏好性较弱,偏好使用A或T结尾的密码子;ENC、中性绘图分析显示突变压力是COMT密码子偏好性形成的主要作用力;铁皮石斛COMT基因和同为兰科植物的香味蝴蝶兰(Phalaenopsis bellina)的亲缘关系最近,两者的GC1s、GC2s、GC3s、GC、CAI和ENC也较为相近,表明物种进化关系上越相近其密码子偏好性也较为相似,但有些物种仍存在一些差异。此外,从密码子使用频率分析得出酵母菌真核表达系统适合铁皮石斛COMT基因的异源表达,模式植物烟草、番茄可以作为其遗传转化受体。本研究为COMT基因功能进一步研究提供参考。     

木质素生物合成关键酶基因的研究进展

木质素是木材中仅次于纤维素的主要成分,占木材干重15%～35%,影响造纸业的造纸工艺和纸张质量.利用基因工程技术调控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达可以降低木质素含量或者改变木质素成分,开发新型植物资源,从源头降低成本,减少污染.本文介绍了木质素合成的过程,木质素合成关键酶:苯丙氨酸氨解酶(PAL),咖啡酸/5-羟基阿魏酸-O-甲基转移酶(COMT),咖啡酰辅酶-A-O-甲基转移酶(CCoAOMT),阿魏酸-5-羟基化酶(F5H),肉桂酰CoA还原酶(CCR)和(肉桂醇脱氢酶)CAD并统计了在GenBank中注册的木质素合成酶关键基因,论文最后就利用基因工程在改良木质素含量中的应用概况和前景做了讨论.     

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。     

木质素生物合成及其基因调控的研究进展

木质素作为陆地上含量丰富的高分子有机物之一,对植物的结构与防御功能都具有重要作用。然而,它的存在也给制浆造纸工业,苎麻纺织工业及畜牧业生产带来负面影响。因此,对于木质素的生物合成途径及其基因调控的探索已成为研究热点。木质素的生物合成途径十分复杂,存在多基因、多途径的交互作用。利用基因工程技术调控木质素生物合成途径中的关键酶基因的表达可以降低木质素含量或者改变木质素组成成分,从而开发新型植物资源,从源头降低成本,减少污染。本文介绍了修订后的木质素生物合成途径,重点阐述其基因调控的研究成果。并针对应用到实际生产中存在的问题,在木质素调控基因的选择、多基因遗传操作、启动子的选择、转基因技术的选择等方面提出一些可行的建议。     

木质素生物合成调控基因工程研究进展

木质素生物合成是植物体内比较复杂的生化过程,存在多基因、多条途径交互作用。基因工程调节植物木质素合成已成为国际上研究的热点。综述了转基因技术调控植物木质素生物合成的研究进展。提出创造低木质素含量和组分改变的优质新品种,对于造纸和纺织工业等的可持续发展具有重要的意义。     

苎麻COMT基因的克隆及序列分析

利用RT-PCR法结合cDNA末端快速扩增（RACE）法从苎麻中克隆了与木质素合成相关的COMT基因的全长cDNA序列。所获得的COMT基因全长1318bp,包含一个开放阅读框1098bp,编码365个氨基酸。序列相似性检索结果表明,苎麻COMT全长cDNA与杨树COMT基因的序列同源性达82%,其编码的氨基酸序列与杏的COMT氨基酸序列同源性最高,达93%。同时还检索到该氨基酸序列包含一个O-甲基转移酶的保守结构。     

茶树咖啡碱合成代谢中N-甲基转移酶的研究进展

咖啡碱是茶叶中的主要品质成分之一,是一种黄嘌呤生物碱化合物,约占茶叶干重的2%-5%。在茶树中咖啡碱的核心合成途径为:黄嘌呤核苷甲基化反应生成7-甲基黄嘌呤核苷,再通过脱核糖反应生成7-甲基黄嘌呤,然后经过两次甲基化依次生成可可碱和咖啡碱。咖啡碱合成途径中转甲基化反应是通过N-甲基转移酶催化进行的,该酶是咖啡碱合成的关键酶。本文综述了茶树中N-甲基转移酶的基因克隆、结构、功能分析及表达调控等方面的研究进展。     

兴安落叶松咖啡酸-O-甲基转移酶基因的克隆及特性分析

本研究利用兼并-PCR及RACE技术克隆了兴安落叶松(Larix gmelinii)的咖啡酸-O-甲基转移酶基因(命名为Lg COMT),并对其基因结构和表达模式进行了分析。所克隆的Lg COMT c DNA全长为1 173 bp,包含1 092 bp的开放阅读框,编码364个氨基酸;基因组DNA全长为1 400 bp,包含3个外显子和2个内含子。系统进化分析结果显示,Lg COMT与日本落叶松、挪威云杉和北美云杉等裸子植物COMT的亲缘关系较近。表达模式分析结果显示,Lg COMT基因主要在兴安落叶松的幼茎中表达,与其功能相一致。本研究为进一步分析兴安落叶松咖啡酸-O-甲基转移酶基因的功能,表达特性及其在木质素单体生物合成中的调控机理奠定了基础。     

马尾松PmCOMT基因的克隆及实时定量表达分析

在木质素生物合成里,咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase, COMT)起重要作用。本论文以马尾松幼苗作为材料,并通过PCR技术以及RACE技术从马尾松材料中克隆出Pm COMT基因的cDNA全长。该cDNA全长为1660bp,其中预测完整ORF全长为1125bp,可编码374个氨基酸的蛋白。蛋白相对分子质量为41.81 kD;等电点(pI)为5.03,总平均亲水性为-0.311。通过生物信息学的方法对其进行分析表明,Pm COMT基因具有典型的甲基转移酶的保守结构域。通过实时荧光定量表达分析表明,COMT基因在马尾松的不同组织均有表达,其中在新梢中的表达量最高,树皮中表达量最低。     

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。     

柠条锦鸡儿木质素合成关键基因CkCOMT的克隆及表达载体构建

为了提高柠条锦鸡儿的抗非生物胁迫能力和饲草价值,利用分子生物学和生物信息学方法,克隆并分析柠条锦鸡儿木质素合成关键基因CkCOMT。在获得409 bp中间片段基础上,通过RACE技术,拼接获得基因全长1 378 bp,其中包括75 bp的5’非编码区,205 bp的3’非编码区,polyA (12)尾,ORF为1 098 bp,编码365个氨基酸。经预测分析,CkCOMT蛋白分子量为39.95 k D,属稳定的疏水性蛋白,二级结构以无规则卷曲为主。在该基因与豆科其他植物及模式植物的氨基酸序列进化树分析中,CkCOMT与苜蓿及大豆的亲缘关系最近。在此基础上,CkCOMT基因全长片段与p CanG-HA线性载体连接,成功构建pCanG-CkCOMT-HA重组质粒。该研究为下一步分析CkCOMT基因在木质素合成和代谢途径中的调控作用奠定了基础,同时,也为提高柠条锦鸡儿生存能力和经济价值提供了理论条件。     

植物萜类生物合成相关酶类及其编码基因的研究进展

萜类化合物是植物界广泛存在的一种次生代谢物质,其种类繁多,不仅在植物的生命活动中扮演重要的作用,而且还被广泛的应用于工业、医药卫生等方面。萜类化合物的合成包括甲羟戊酸和丙酮酸两条途径,二者都是以异戊烯基焦磷酸为主要的代谢中间产物。萜类化合物的合成较为复杂,其过程受多种酶协调控制,根据各种酶在萜类合成不同阶段的作用,可将其分为Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ类酶。当前人们对其研究主要是Ⅰ类和Ⅱ类酶,试图弄清其合成机理以生产更多有用的萜类化合物。本文综述了植物次生代谢物质萜类的生物合成途径,催化主要中间产物形成相关酶的研究进展,并对其研究前景作简要展望。     

甘蓝型油菜不同抗倒性材料中木质素代谢途径关键基因表达特点

植物体内木质素的含量不仅与植物的抗病性有关,也与植物的抗倒伏性状密切联系。本试验以15个抗倒性等级不同的甘蓝型油菜品种为材料,分别在初花期和青荚期测定茎秆中部木质素含量,同时用qRT-PCR的方法分析了木质素代谢途径中6个关键基因PAL、4CL、C4H、CCR1、CCR2和CAD的表达量差异。结果表明,油菜茎秆木质素从初花期到青荚期平均增加了28%,抗倒性强的材料木质素增加最明显,达到33.5%;不同时期,不同抗倒伏性的油菜茎秆中部木质素含量差异均极显著;各基因表达量在两个时期间差异均显著或极显著,但在不同抗倒性材料间,只有基因PAL、4CL和CCR1表达量间差异显著;基因PAL的表达量与木质素含量相关性最强,4CL基因的表达量与其他关键酶基因表达量相关性最强。综上所述,木质素的合成积累由代谢途径中各个环节关键基因所共同决定,但基因PAL和4CL对木质素的代谢影响更明显。     

苎麻咖啡酰辅酶A甲基转移酶基因原核表达及其结构分析

采用大肠杆菌表达系统pQE,对苎麻木质素合成关键基因咖啡酰辅酶A-甲基转移酶（CCoAOMT） cDNA编码区进行了高效表达,获得了分子量为29.4 kD的苎麻CCoAOMT融合蛋白。利用SwissModel服务器模拟构建了该酶蛋白的空间结构。并利用InsightII软件包中的Docking模块构建了该酶蛋白与辅酶Sinapoyl、SAH和Ca2+相互作用的复合物的结合模型,并利用Discover模块对模拟的结构进行结构优化。可以推知所克隆的苎麻CCoAOMT cDNA编码烟咖啡酰辅酶A甲基转移酶,具有O-甲基转移酶蛋白典型的催化功能,参与苎麻木质素单体前体的甲基化反应。     

大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关基因的组织特异性表达分析

为研究木质素合成相关基因(PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL)在大果水晶梨褐色果皮突变体中的表达特性,并为研究梨褐色果皮形成机制奠定基础。按照RNA试剂盒法提取果皮、花、叶片、果肉、枝条韧皮部中总RNA;利用DNAMAN和Primer 5.0软件设计特异引物;使用实时荧光定量PCR技术研究基因的表达。结果表明,PAL1、PAL2、CAD、POD、4CL的最高相对表达量均出现在果皮中;果皮和果肉中POD的相对表达量极显著高于其他基因,花、叶片和枝条韧皮部中CAD的相对表达量极显著高于其他基因。综上所述,大果水晶梨褐色果皮突变体木质素合成相关的5个酶基因在果皮、果肉、叶片、花和枝条韧皮部中的表达具有明显的组织特异性,这些基因可能与大果水晶梨褐色果皮的形成关系密切。     

亚麻木质素合成关键酶基因表达分析

以亚麻(Linum usitatissimum)栽培品种白花为材料,采用半定量RT-PCR方法对亚麻木质素合成关键酶基因CCoAOMT1、4CL1、4CL2、COMT、F5H1、F5H2和F5H3在不同组织及不同时期木质部、韧皮部的表达规律进行了研究。结果显示, 除F5H1在根部未表达外,其他基因在幼苗、根、花期木质部、花期韧皮部、叶、花和幼果中均有不同程度表达。CCoAOMT1在各部位都有较高的表达。2个4CL之间和3个F5H基因之间的部位表达的差异存在一定互补性。在韧皮部中,各基因均在幼嫩(30 d)阶段表达量最低;除4CL2在花期(60 d)达到表达高峰外,其他基因均在花后(70 d)表达量最高;4CL1在各时期均有较强表达,而F5H3在各时期弱表达。在木质部中,除4CL1在各时期均表达弱和F5H1在花前期为表达高峰外,其余基因均在幼嫩阶段表达量最高;随后逐渐降低,在花期后表达量大幅降低;与其他基因的明显区别在于各时期4CL1的表达量以韧皮部明显高于木质部。