植物花青素合成酶的研究进展

本文重点介绍了植物体内花青素生物合成途径以及其合成酶（查尔酮合成酶、查尔酮异构酶、黄烷酮3-羟化酶、二羟基黄酮醇还原酶、花色素苷合成酶以及类黄酮3-O-糖基转移酶）的分子生物学研究进展。     

黑果枸杞花青素生物合成关键基因的生物信息学分析与克隆

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是我国西北地区特有的道地药材,是迄今为止发现花青素含量最高的天然野生植物之一。为深入了解黑果枸杞的花青素生物合成机制,利用转录组测序方法,从黑果枸杞果皮中鉴定了参与花青素生物合成的7类关键基因,即查尔酮合酶基因、查尔酮异构酶基因、黄烷酮-3-羟化酶基因、类黄酮-3′-羟化酶基因、类黄酮-3′5′-羟化酶基因、二羟黄酮醇-4-还原酶基因和花青素合酶基因,对其进行相应核苷酸序列、氨基酸序列以及蛋白质(酶)结构特征等生物信息学分析;然后根据转录本拼接序列,利用PCR方法对该7个基因进行了全长克隆和测序验证。为黑果枸杞的遗传改良及花青素基因的利用奠定了分子基础。     

光照对黄芩种子萌发及代谢的影响(英文)

[目的]了解光照强度在黄芩Scutellaria baicalensis Georgi种子萌发过程中的初生与次生代谢规律。[方法]光合色素、可溶性糖、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶和查尔酮合成酶(CHS)活性测定采用紫外分光光度法。次生代谢物质含量测定采用高效液相色谱法。[结果]黄芩种子在萌发过程中对光照强度不敏感,黄芩种苗的生长对光照强度是非常敏感的,光合色素、可溶性糖、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶和查尔酮合成酶(CHS)活性均随着光照强度增强而增加,其次生代谢物质也呈现出相同的变化趋势。[结论]光照强度促进了光合色素的形成,进而促进了初生代谢物质、关键酶活性和次生代谢物质的合成,因此我们可以通过调节光照强度来提高黄芩药材的质量。     

含羞草叶片转录组测序及其黄酮合成途径解析

为了解析含羞草中黄酮类物质的生物合成途径，利用Illumina platform 2000^TM测序平台对含羞草叶片进行转录组测序，共获得94 182个Unigene，平均长度为695 bp，N₅₀值为1 159 bp。共有30 243个Unigene注释于50个GO功能组中，其中“代谢过程”“催化活性”以及“细胞”注释的Unigene数量较多。KEGG通路分析鉴定出49个Unigene注释在黄酮生物合成途径，分别编码查尔酮合成酶（CHS,12个Unigene）、查尔酮异构酶（CHI,4）、黄烷酮-3-羟化酶（F3H,3）、黄烷酮-3’-羟化酶（F3’H,9）、黄烷酮-3’,5’-羟化酶（F3’,5’H,1）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR,5）、黄酮醇合成酶（FLS,3）以及无色花色素还原酶（LAR,12）基因。从转录组数据库中鉴定出7 382个以单核苷酸和三核苷酸为主要类型的SSR标记。随机选出10对SSR引物进行扩增，其中有7对能够扩增出清晰的条带。     

植物查尔酮合成酶分子生物学研究进展

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS,EC 2.3.1.74),是植物类黄酮物质合成途径中的第一个酶,也是植物次生代谢途径中的关键酶之一,对植物具有非常重要的生理意义。为此,综述了查尔酮合成酶基因结构、基因进化、表达调控机理以及诱导因子,概述了查尔酮合成酶基因工程在植物生理方面的研究,并进一步对查尔酮合成酶的分子生物学研究做了展望。     

羽衣甘蓝花青素合成途径结构基因的表达特性

羽衣甘蓝红鸽属十字花科云薹属,因其中心部分累积了大量的花青素而呈现深紫色。为了研究其花青素生物合成的机理,以圆叶羽衣甘蓝红鸽系列和白鸽系列为试验材料,通过半定量RT-PCR方法研究了花青素合成代谢途径结构基因的表达特性。结果表明,除苯丙氨酸裂解酶(PAL)和查尔酮合成酶(CHS)在红鸽和白鸽系列中的表达水平基本一致外,其他结构基因在红鸽中的表达水平要明显高于白鸽,尤其二氢黄酮醇还原酶(DFR)和花青素合成酶(ANS),在红鸽中的表达水平显著强于白鸽;红鸽幼叶和老叶中花青素生物合成结构基因的表达水平趋于一致。另外,为了研究温度对羽衣甘蓝花青素合成的影响,通过半定量RT-PCR方法检测了室温和低温环境下生长的红鸽幼叶花青素合成结构基因的表达。结果显示,低温可以诱导CHS,黄烷酮-3-羟化酶(F3H),DFR,ANS,类黄酮-葡萄糖基转移酶(UFGT)基因的过量表达,使羽衣甘蓝红鸽经历低温后,植株中积累大量的花青素而呈现深紫色。     

兔眼越橘新梢转录组测序与分析

为研究兔眼越橘新梢中基因转录和抗氧化物代谢相关通路的基因表达,利用Illumina Solexa技术和生物信息学方法对兔眼越橘品种‘粉蓝’新梢进行转录组测序分析。结果表明,测序数据组装后共获得64 185条单体序列;将其与COG、KEGG、GO、NR和Swiss-Prot数据库比对后发现,共有37 900条单体与葡萄、桃、番茄、蓖麻、毛果杨、草莓等物种的基因具有同源性;基于COG数据库分析后可见,12 559条序列可归属其中,而转录类、复制-重组-修复类、翻译后修饰-蛋白质周转-分子伴侣类位居前列;基于KEGG数据库分析发现,19条抗氧化相关代谢通路中,黄酮类、苯丙素类代谢通路是活跃通路,叶酸类、类胡萝卜素、二苯乙烯类、二芳基庚酸类、姜酚、二萜类化合物的合成通路是部分支路活跃,而其他抗氧化相关通路基本无法产生预期功能成分。     

盐芥査尔酮合成酶基因的生物信息学预测与分析

利用ProtParam、GOR4、ProtSite和NetPhos等软件预测和分析盐芥查尔酮合成酶基因编码蛋白的各级结构。结果推测出盐芥查尔酮合成酶基因编码蛋白分子式为:C1775H2847N487O511S21,理论等电点pI 8.55;并含有一个查尔酮合成酶活性位点:184-200(RLmMyQqGCFAGGTvLR)。     

不同叶色茶树品种(系)花青素合成相关基因的表达水平

采用实时荧光定量PCR技术检测不同叶色茶树嫩梢中花青素合成相关基因的表达水平,并比较各基因表达水平的差异.结果表明,桂皮酸-4-羟化酶(C4H)、类黄酮-3′-羟化酶(F3′H)和花青素合成酶(ANS)等结构基因在紫化茶树品种(系)的相对表达量显著高于白化茶树和常规绿叶茶树.紫化茶树因富含花青素呈紫红色,因此可推测C4H、F3′H和ANS等基因可能正向调控茶树花青素的合成与积累.     

菘蓝查尔酮合成酶基因(IiCHS)的克隆及其生物信息学分析

类黄酮是植物体内一类重要的次生代谢产物,对植物的生长发育有着重要的调节作用。查尔酮合成酶是植物类黄酮合成途径的第一个关键酶,在调控类黄酮的生物合成中起着决定作用。本研究采用RTPCR方法扩增得到一条菘蓝查尔酮合成酶家族蛋白基因,命名为IiCHS,全长1 273 bp,包含一个1 194 bp的ORF,编码397个氨基酸,分析其编码的蛋白质序列显示其属于查尔酮合成酶家族蛋白,定位于胞质中。该研究不仅有助于分析查尔酮合酶基因的功能,而且还为进一步利用该基因资源改良菘蓝品质奠定了理论基础。     

高温胁迫对茄子果皮活性氧代谢、花青素及其主要合成酶的影响

以茄子品种‘特旺达’为试材,研究了高温胁迫对茄子果皮活性氧(ROS)代谢、花青素含量及其主要合成酶活性的影响。结果表明:高温胁迫增加了茄子果皮丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子(O2·-)产生速率和过氧化氢(H2O2)含量,增强了茄子果皮中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,提高了脯氨酸和可溶性蛋白质含量,降低了果皮花青素含量以及查尔酮合成酶(CHS)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)、花青素合成酶(ANS)和类黄酮3-葡糖基转移酶(3GT/UFGT)的活性,增强了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。     

高温胁迫对茄子果皮活性氧代谢、花青素及其主要合成酶的影响

以茄子品种‘特旺达’为试材,研究了高温胁迫对茄子果皮活性氧(ROS)代谢、花青素含量及其主要合成酶活性的影响。结果表明:高温胁迫增加了茄子果皮丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子(O2·-)产生速率和过氧化氢(H2O2)含量,增强了茄子果皮中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,提高了脯氨酸和可溶性蛋白质含量,降低了果皮花青素含量以及查尔酮合成酶(CHS)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)、花青素合成酶(ANS)和类黄酮3-葡糖基转移酶(3GT/UFGT)的活性,增强了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。     

多油辣木转录组高通量测序及分析

为了研究多油辣木(Moringa oleifera Lam.)中黄酮类化合物生物合成的分子基础,通过Illumina Hi Seq 2000高通量测序技术对辣木茎、叶进行转录组测序,利用Trinity软件将数据组装成Unigene,基于BLAST对所有Unigene进行功能注释,共获得49 365个Unigene,平均长度为903 bp。通过GO分类,15 959个Unigene被分成生物学过程、细胞组分和分子功能3个主要类别。通过KOG分类,8 713个Unigene被分为26个种类。通过KEGG分类,8 397个Unigene分属于130个代谢途径,其中代谢所含Unigene最多,共3 620个。在代谢途径中,找到参与黄酮类化合物合成相关的Unigene 45个,其中包括查尔酮合酶、查尔酮异构酶、黄烷酮-3-羟化酶、黄酮醇合成酶和二氢黄酮醇还原酶等。研究结果为挖掘多油辣木黄酮类化合物生物合成关键基因提供了基础数据,并为下一步的资源开发和利用奠定了基础。     

花色苷的生物合成及其影响因素研究进展

花色苷是一种天然的水溶性色素,常分布于植物的花、果实、茎、叶细胞中,能赋予植物丰富的色彩。花色苷对植物具有重要的生理生态功能,能帮助植物适应和抵御不良环境,对人类还具有疾病预防和保健作用。研究结果证明,花色苷的生物合成至少需要苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮-3-羟基化酶(F3H)、类黄酮-3′-羟化酶(F3′H)、类黄酮-3′,5′-羟化酶(F3′5′H)、二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)、花色素合成酶(ANS)、类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶(3GT)等酶共同参与,同时受内在因素与外在因素的共同调控,本文重点从花色苷生物合成及影响因素两方面进行综合评述,为花色苷的生物合成及开发和利用研究提供基础。     

洋葱查尔酮合成酶基因的分子克隆和表达分析

查尔酮合成酶是类黄酮类物质合成的关键酶。本研究克隆了洋葱的查尔酮合成酶基因AcCHS1和AcCHS2。AcCHS1的ORF序列1182 bp,编码393个氨基酸残基;AcCHS2的ORF序列1 176 bp,编码391个氨基酸残基。在同等条件下,AcCHS2基因的表达明显高于AcCHS1。     

不同供钾处理对有色大麦籽粒花青素合成关键酶活性及其花青素积累速率的影响

以有色大麦(LZ01)为试材,研究了4种供钾处理(0、81、162、243 kg·hm^-2)下,籽粒灌浆过程中查尔酮合成酶(CHS)、二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)、花青素合成酶(ANS)和类黄酮3-O-葡萄糖基素转移酶(UFGT)活性以及花青素积累速率的变化。结果表明,无论旗叶还是籽粒CHS、DFR和ANS活性均呈“单峰”曲线型变化趋势,而UFGT活性和花青素积累速率则呈“V”型变化趋势。同时,发现籽粒花青素积累速率与旗叶和籽粒的ANS、UFGT活性呈显著正相关关系,而与旗叶和籽粒的CHS、DFR呈不显著负相关关系。此外,还发现不同施钾处理均能不同程度增强有色大麦籽粒花青素合成过程中CHS、DFR、ANS和UFGT等关键酶的活性和花青素的积累速率,其提高效应均表现为K162>K81>T243>K0。     

山葡萄查尔酮合成酶基因的克隆与分析

为揭示查尔酮合成酶在山葡萄中的次生代谢途径,采用RT-PCR和RACE技术相结合的方法,从山葡萄果皮中克隆到查尔酮合成酶(CHS)基因的cDNA全长序列。结果表明:该基因全长1 461bp,包含1 182bp的完整开放阅读框,编码393个氨基酸,分子量为42.91KDa,等电点(PI)值为6.10。该基因属于无色花色素双加氧酶基因家族,二级结构预测表明,α-螺旋是VamCHS蛋白最大量的结构元件,氨基酸序列与欧亚种葡萄(BAB84112)、杂交种葡萄(ACS36661)和圆叶葡萄(ACN30003)等的CHS类基因同源性较高,分别为100%、96%和96%。     

兔眼蓝莓组培红色突变株CHS基因的克隆与分析

蓝莓Vaccinium spp.果实含有丰富的花青素,但目前对蓝莓花青素合成相关基因的研究还较少。为分析蓝莓花青素合成相关基因,也为今后高花青素含量品种的育种工作提供一定的生物信息学基础,以红色突变兔眼蓝莓Vaccinium ashei为试验材料,采用同源克隆方法 ,克隆到查尔酮合成酶基因(CHS)的cDNA全长。生物信息学分析表明:该基因cDNA全长1 398 bp,有1个1 170 bp的完整开放阅读框(ORF),编码389个氨基酸。与杜鹃Rhododendron simsii,山茶Camellia japonica,红花油茶Camellia chekiangoleosa,中华猕猴桃Actinidia chinensis,高丛蓝莓Vaccinium corymbosum,苹果Malus domestica的CHS基因同源性分别为90%,83%,83%,83%,83%与82%。兔眼蓝莓CHS基因编码的蛋白不存在信号肽,无跨膜结构域,定位于细胞质中,肽链表现为疏水性,α-螺旋和随机卷曲是其蛋白质二级结构中量最大的结构元件,β-转角和β-折叠散布于整个蛋白质中,对编码的蛋白的结构域预测显示该蛋白含有类似查尔酮合成酶超家族(CHS-like超家族)结构域。由此推测:兔眼蓝莓CHS基因是高度保守的,表达的蛋白为疏水性蛋白,是一种结构和性质都相对稳定的蛋白。     

植物苯丙氨酸代谢相关酶基因启动子研究进展

苯丙氨酸代谢途径是植物重要的次生代谢途径,主要包括苯丙烷代谢途径和异黄酮合成代谢途径,其中每一步都由不同酶调控。启动子是基因的一个组成部分,控制基因表达（转录）的起始时间和表达程度。综述了苯丙氨酸代谢途径3种重要酶,即苯丙氨酸解氨酶、查尔酮合成酶和查尔酮异构酶基因启动子的研究进展。     

谷子12种黄酮类代谢物合成通路分析

[目的]谷子营养丰富,其保健功能也日益受到消费者的重视。黄酮类次生代谢物多数具有抗炎、镇痛等药理活性,谷子中的黄酮类物质可能与胃功效有关。然而,谷子中黄酮类物质代谢途径缺乏研究,不利于发掘谷子特色功能成分及相关基因。[方法]本研究采用液相色谱-质谱联用广泛靶向代谢组技术,测定谷子不同品种成熟后籽粒黄酮类代谢组。通过phytozome数据库检索谷子黄酮代谢物上一步合成的关键酶基因,对不同品种、不同时期转录组数据及代谢组数据进行通路热图分析。[结果]通过对黄酮类代谢分析,揭示了其在谷子不同品种籽粒中的积累差异。本研究对12种黄酮类代谢物的合成通路进行分析,发现不同谷子品种间黄酮代谢物的差异基本上与其上游合成酶的表达差异一致,初步确定了15个关键基因;柚皮苷查尔酮和柚皮苷是含量最高的黄酮代谢物。[结论]本研究结果为深入探索谷子籽粒黄酮生物合成途径奠定了基础。