西红花β-胡萝卜素羟化酶CsBCH1-z基因的分离与生物信息学分析

为更好地理解西红花类胡萝卜素合成代谢途径,从西红花中分离和克隆了1 个新的β-胡萝卜素羟化酶基因CsBCH1-z,并从柱头cDNA中克隆了该基因的全长编码序列为906 bp,编码301 个氨基酸残基,对应的基因组序列为1261 bp,5 个外显子由4 个内含子子间隔开。与已知的CsBCH1 基因的氨基酸序列比较,发现在N端由于6 个碱基的缺失,造成了2 个氨基酸的缺失和1 个氨基酸由异亮氨酸突变为亮氨酸,另外还有一处单碱基的变异造成苏氨酸突变为丙氨酸。通过预测其蛋白含有3 个明显的跨膜结构域,C端包含了2 组“HXXXXH”和“HXXHH”结构域,是典型的脂肪酸羟化酶。β-胡萝卜素羟化酶是西红花苷合成的重要前体物质,CsBCH1-z 柱头中的表达量>叶片>花瓣;雄蕊中表达很低;球茎中表达不可见。     

烟草β-胡萝卜素羟化酶基因的特征分析

β-胡萝卜素羟化酶基因在植物类胡萝卜素的合成代谢过程中起着关键的作用。烟草中的类胡萝卜素是烟叶香气物质的主要前体物之一。本研究克隆了烟草4个β-胡萝卜素羟化酶基因。烟草β-胡萝卜素羟化酶基因与其它作物的BCH基因具有相似的结构,由7个外显子和6个内含子组成。其编码的蛋白包含BCH蛋白的保守结构域,即脂肪酸羟化酶超家族保守域。进化分析表明,烟草Nt BCH蛋白与番茄、枸杞、辣椒等茄科作物的BCH蛋白遗传距离较近。组织特异性表达分析表明,Nt BCH1和Nt BCH2基因主要在叶和花中表达,Nt BCH3和Nt BCH4主要在根和花中表达。从本研究结果推断,可以通过调控Nt BCH1和Nt BCH2基因的表达控制烟叶中类胡萝卜素的含量。     

西瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS的克隆和序列分析

西瓜果实因富含类胡萝卜素而具有一系列瓤色。为研究西瓜果实中类胡萝卜素合成过程,利用西瓜参考基因组数据,从红色西瓜材料LSW-177中克隆了一个ζ-胡萝卜素脱氢酶基因(ZDS)的cDNA全长,命名为ClZDS,该基因编码区为1 731 bp,编码576个氨基酸。亚细胞定位预测显示,ClZDS蛋白可能被定位在叶绿体中;保守结构域和多重序列比对分析显示,西瓜ClZDS蛋白含有高等植物ζ-胡萝卜素脱氢酶特有的NAD结合结构域以及类胡萝卜素结合结构域;系统进化树分析表明ClZDS与同属葫芦科的甜瓜和西葫芦的ZDS蛋白亲缘关系最近,物种间分化程度较小;荧光定量PCR结果显示ClZDS基因在西瓜果实授粉后40 d表达量最高。这些结果为进一步研究ClZDS基因在西瓜果实的类胡萝卜素合成途径中的作用提供了依据。     

黄皮西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的鉴定及PSY1和LCYE2克隆分析

类胡萝卜素是自然界中分布最为广泛的一大类色素,赋予植物花、果实等器官鲜艳的色彩,其合成过程中含有多种代谢酶基因。为了揭示黄皮西葫芦类胡萝卜素积累的分子机制,为进一步研究西葫芦类胡萝卜素合成酶基因的功能奠定基础,首先基于西葫芦基因组数据库对西葫芦类胡萝卜素合成代谢家族基因进行全基因组鉴定;进一步利用已公开发表的相关转录组数据筛选、qRT-PCR验证并克隆类胡萝卜素合成代谢关键酶基因。结果表明,在西葫芦基因组数据库中共发现48个类胡萝卜素代谢酶基因成员;根据Sweet REBA和Lady Godiva这2种不同颜色果皮材料不同发育时期果肉的转录组数据筛选出类胡萝卜素关键酶基因PSY1和LCYE2等在不同颜色果实发育时期存在显著性差异表达。qRT-PCR定量分析结果显示,除PSY1基因0 d和LCYE2基因2 d外,PSY1、LCYE2基因在黄皮西葫芦不同发育时期果皮中的相对表达量显著高于白皮西葫芦对应时期。对白皮西葫芦和黄皮西葫芦果皮PSY1和LCYE2等基因的全长CDS分别进行克隆、测序分析发现,白皮西葫芦和黄皮西葫芦2个材料的PSY1基因均比西葫芦参考基因组预测编码区序列多了一个51 ...     

金花茶CnBCH基因cDNA全长克隆及生物信息学分析

利用CODEHOP和RACE方法,从珍稀观赏植物金花茶(Camellia nitidissima)花瓣中克隆得到了β-胡萝卜素环羟化酶(β-carotene hydroxylase,BCH)基因的cDNA全长,命名为CnBCH。碱基序列分析结果表明,该CnBCH基因全长1 089 bp,包含58 bp的5'非翻译区(untranslated regions,UTR)、105 bp的3'UTR和927 bp编码308个氨基酸的开放阅读框。生物信息学分析表明,该基因编码的蛋白质为不稳定亲水性蛋白,分子量为34.42 k D,无信号肽,含有4个跨膜结构域,一个脂肪酸羟化酶超家族(FA_hydroxylase super family)功能结构域以及BCH功能结构域(PLN02601);CnBCH二级结构以α-螺旋为主,其次为无规则卷曲,β-折叠所占比例最少。氨基酸序列比对分析结果显示,CnBCH与茄科、蔷薇科等植物BCH蛋白同源性都在70%以上,与柿树(Diospyros kaki T.)BCH同源性最高。本研究为进一步了解CnBCH基因的功能及其在金花茶花瓣类胡萝卜素合成中的作用提供了帮助。     

‘皮球桃’及其突变体类胡萝卜素积累及相关关键基因分析

本研究以‘皮球桃’及其芽变桃不同发育阶段的果肉与叶片中脉为试材,采用HPLC法测定两种桃中类胡萝卜素的组分构成与含量积累,并对类胡萝卜素生物合成及代谢过程中关键基因的转录水平进行实时荧光定量PCR分析。结果显示,芽变桃中类胡萝卜素总含量极显著高于‘皮球桃’,β-隐黄质、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的积累差异是造成两种桃呈色不同的主要原因。实时荧光定量PCR结果表明,CCD4在果肉和叶片中脉中的表达规律完全相同,且与类胡萝卜素的积累模式一致,因此CCD4的表达差异可能是导致芽变桃果肉及叶片中脉突变为黄色的重要原因。本研究利用‘皮球桃’及其自然突变体作为探讨类胡萝卜素合成及代谢调控的理想材料,以期从生理及分子层面揭示变异黄桃的形成机理,为桃的类胡萝卜素调控基因开发、变异的早期鉴定、认识和选育富含类胡萝卜素桃品种提供理论基础。     

柿果类胡萝卜素化学成份及其含量研究

对柿果中类胡萝卜素化学成份及其含量的季节性变化以及栽培条件的影响等进行了调查,旨在为柿色素代谢及其功能性成分合成与调控等的深入研究奠定基础。结果如下：柿果实中的色素成份为玉米黄质、β-隐黄质、β-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素;果皮中的类胡萝卜素总含量约是果肉中的6-11倍;按类胡萝卜素组成成分的含量由高至低,果皮依次为玉米黄质、β-隐黄质、β-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素;而果肉依次为β-隐黄质、玉米黄质和β-胡萝卜素。结果表明,柿果肉主要色素成份为功能性β-隐黄质。温室栽培磨盘柿果中功能性成分β-隐黄质含量是露地的3倍。供试7品种间色素成分与含量有很大区别。     

苹果MdPDS基因的克隆及表达分析

八氢番茄红素脱氢酶(PDS)是苹果类胡萝卜素生物合成途径的关键酶。本研究运用电子克隆与RACE技术克隆得到‘澳洲青苹’苹果Md PDS基因(Gen Bank登录号:KU508828),该c DNA序列全长2 005 bp,包含1 725个碱基(121~1 845 bp)的完整开放阅读框,编码575个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,Md PDS编码的氨基酸序列与其他植物的PDS蛋白具有很高的同源性;其同样含有一个二核苷酸结合域和一个类胡萝卜素结合域。系统进化树分析表明,Md PDS与杏、碧桃和草莓蛋白亲缘关系较近,聚为一类。实时荧光定量PCR结果表明,Md PDS在‘澳洲青苹’苹果不同组织均有表达,其在树皮、果皮及叶片中的表达要明显高于花中的表达。此外,Md PDS在着色期套袋果实果皮中的表达量随果色增加而上升,而在非套袋果皮中的表达则变化不明显。上述结果表明Md PDS在苹果果实色泽发育过程中起着重要作用,也为进一步研究其生物学功能奠定了基础。     

芒果MinSPS1基因的克隆及表达载体的构建

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)既是调控蔗糖合成的关键酶又是限速酶,为了研究其在芒果果实中蔗糖合成的作用机理,本研究从芒果果肉中克隆得到一个与蔗糖合成相关的基因,将其命名为MinSPS1,其cDNA全长序列为3 344 bp,开放阅读框为3 168 bp,编码1 055个氨基酸,蛋白质分子量为118.13 k D,等电点为6.08,对MinSPS1基因编码的蛋白进行系统发育分析,发现其与柑橘具有较近的亲缘关系。采用qRT-PCR对该基因在后熟处理的贵妃芒果肉中的表达量进行分析,结果显示在完熟期贵妃芒果肉中表达量较高,而在青熟期表达量较低。本研究为深入了解芒果蔗糖合成的分子机理,进一步构建了p CAMBIA1301-MiSPS1过表达载体,为MinSPS1的功能鉴定提供理论依据。     

香蕉类胡萝卜素羟化酶基因MaLUT5克隆与分析

LUT5 (Lutein deficient 5)负责编码类胡萝卜素羟化酶CYP97A3,参与类胡萝卜素羟基化。为研究LUT5对香蕉果肉类胡萝卜素的调控,本试验以Pilose香蕉叶片为模板,根据NCBI预测的香蕉LUT5序列设计引物进行克隆,并对蛋白质结构进行分析。结果显示,克隆出的MaLUT5 CDS区全序列长为1 971 bp,编码656个氨基酸;MaLUT5蛋白为亲水性不稳定酸性蛋白,主要由α-螺旋和无规则卷曲构成,定位于叶绿体外膜。对Pilose香蕉各个组织进行RT-qPCR检测,结果显示MaLUT5基因具有很强的组织特异性,且在生殖器官的表达水平高于营养器官。此外,对转pBI121-Ma LUT5拟南芥进行GUS组织化学染色分析,结果显示MaLUT5能在拟南芥全株表达。经过完全黑暗处理后,LUT5在AAA基因型中的表达量显著提升,而在BBB基因型的表达量下降。在Pilose变黄的果实中瞬时超表达MaLUT5,MaLUT5表达量和总类胡萝卜素含量显著提高,编码ε-羟化酶CYP97C1的LUT1 (Lutein deficient 1)表达量变化不显著。综上,初步推断LUT5在A...     

芒果GGPPS基因的克隆与表达分析

在植物中,异戊烯焦磷酸(GGPP)是赤霉素、胡萝卜素、叶绿素等异戊二烯类化合物的公共前体物质。从芒果栽培品种贵妃芒的新鲜叶片中提取DNA和RNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到香叶基香叶基焦磷酸合成酶基因(Min GGPPS1)。通过测序、多重比对和聚类分析,证实该片段属于GGPPS的全长基因并且为最大的ORF,全长为1 100 bp。与芒果Min GPS2(AFJ52722.1)氨基酸序列同源性为92%。蛋白质序列分析表明该序列含有两个DDx_(2-4)D保守基元(FARM和SARM)基元和一个Cxxx C基元。我们选取了拟南芥中12个GGPPS基因、2个FPPS基因、2个SPPS基因、一个GPS基因及其他物种的相关基因,通过聚类分析表明,Min GGPPS1属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基。表达分析表明:Min GGPPS1在叶片中表达量最高,茎部表达量最低,青果果皮和成熟果果皮中表达量相似,在成熟果肉中的表达量大约是青果果肉表达量的5倍,暗示Min GGPPS1具有调控果肉后熟的功能。     

香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因MaSSⅢ-1的分子特征与时空表达模式

为弄清香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因(MaSSⅢ-1)的分子特征及时空表达模式,以‘巴西蕉’果肉为试材,采用PCR法进行MaSSⅢ-1基因克隆,通过Quantitative real-time PCR (qPCR)和Western blot技术对MaSSⅢ-1基因及其蛋白表达模式进行分析。结果显示:MaSSⅢ-1基因cDNA全长为2397 bp,编码798个氨基酸,包括4个典型的结构域,GenBank登录号为KU757067。MaSSⅢ-1基因在香蕉根、球茎、花和苞片中表达量较低,在叶、果皮和果肉中表达量较高;随着香蕉果实发育,MaSSⅢ-1基因表达量逐渐上升,在抽蕾后50～60天达到最大;随着果实采后成熟,MaSSⅢ-1表达量在采后5天达到最大,随后逐渐下降。在香蕉果实不同发育及采后成熟阶段,MaSSⅢ-1蛋白呈现出与mRNA水平相一致的表达趋势。证明MaSSⅢ-1基因的表达不仅涉及到香蕉果实支链淀粉合成代谢,可能还涉及采后早期果实成熟或者支链淀粉降解。     

华北紫丁香黄烷酮3-羟化酶基因克隆及表达分析

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)作为黄酮类化合物合成早期的一个关键酶,在花色素合成途径中起重要作用。本研究依托华北紫丁香花序转录组高通量测序数据,结合RACE技术克隆出SoF3H基因,并对SoF3H基因进行生物信息学分析,同时采用实时荧光定量PCR技术分析了该基因的组织表达模式。结果表明,SoF3H基因的c DNA序列全长为1 101 bp,编码366个氨基酸残基;该基因的g DNA序列无内含子;SoF3H基因的组织特异性表达分析表明该基因在花中表达量最大,且在花蕾期表达量最高。本研究将为深入研究华北紫丁香黄烷酮3-羟化酶(SoF3H)在花色素代谢途径中的表达特性提供参考依据。     

黄瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因克隆及表达分析

以西双版纳黄瓜为试材,从黄瓜果肉中克隆ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)基因的cDNA序列,命名为CsZds。获得目的片段长度为1805bp,该序列具有完整的开放阅读框,位于31~1761bp,编码576个氨基酸。序列比对分析结果显示,该蛋白在氨基端变化十分明显,中部较为保守,存在一个特征序列。系统进化分析表明,推测的CsZDS蛋白与南瓜中ZDS蛋白同源性最高,达到91.84%。利用实时荧光定量PCR技术分析结果显示,随着果实成熟期的延长,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量呈明显上升的趋势,在转色期达到最大。在果实发育过程中,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量高于普通黄瓜。     

蓝光处理对采后桃果实可溶性糖及类胡萝卜素合成的影响

以“金丽”黄肉桃果实为试材,研究在恒温10 ℃、相对湿度85%、强度为40 μmol/(m2·s)的蓝光贮藏环境中果实可溶性糖和类胡萝卜素的含量变化。结果表明：果实中蔗糖、β-隐黄素、玉米黄素含量在贮藏期间显著增加,β-胡萝卜素在贮藏前期迅速合成并达到最大值,果糖在贮藏后期合成速率减慢,葡萄糖在贮藏后期降解速率加快。蓝光处理通过诱导桃果实可溶性糖及类胡萝卜素的合成代谢而促进了果实采后成熟衰老。     

甜橙柠檬酸合酶基因的克隆及其表达分析

柠檬酸合酶与柠檬酸的积累密切相关。为了研究该基因的功能及其调控,通过设计特异性引物对甜橙柠檬酸合酶基因进行了克隆,采用半定量PCR法对哈姆林叶片、果肉和果皮中该基因的表达模式进行检测。克隆得到甜橙柠檬酸合酶基因的cDNA序列,全长1535bp,ORF区含471个氨基酸残基,序列比对显示,哈姆林甜橙柠檬酸合酶基因与其他植物的该基因高度同源。半定量PCR结果显示果肉和果皮中柠檬酸合酶基因在各个时期的表达基本没有变化,而叶片中其表达水平随果实发育成熟不断降低,与果实中柠檬酸含量变化趋势相同。说明叶片中柠檬酸合酶基因表达与果实酸含量正相关。     

番茄SlSPS1基因的克隆及表达分析

蔗糖是植物光合作用的主要产物,参与植物的多种生理生化反应。蔗糖磷酸合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键限速酶之一,其活性直接反映了植物体内蔗糖合成的能力。为研究番茄中蔗糖合成的作用机理,本研究从番茄果肉中克隆到一个蔗糖磷酸合成酶基因,并命名为SlSPS1,通过生物信息学分析发现其cDNA全长3 488 bp,编码1 054个氨基酸,有3个功能域。番茄中有4个SPS基因,且它们之间同源性比较高。在茄科作物中,Sl SPS1蛋白与土豆、辣椒和茄子的亲缘关系比较接近。组织特异性分析结果发现,SlSPS1在番茄各组织中均有表达,其中在幼苗期和果实的不同发育期表达相对较高。为更深入研究SlSPS1在番茄生长发育和蔗糖积累中的作用机制,构建了SlSPS1的过表达和敲除载体,转化Micro-Tom后获得转基因阳性株系。对获得的转基因株系进行SlSPS1表达量分析发现,过表达株系的苗期、果实绿熟期和完熟期的表达量同野生型相比明显上调,且酶活性和蔗糖含量升高。敲除株系的苗期、绿熟期和完熟期SlSPS1表达量同野生型相比明显下调,且酶活性和蔗糖含量降低。至于SlSPS1在番茄生长发育和果实蔗糖积累中的作用机制,还需在今后进行功能验证。     

2个杏品种不同成熟期果实品质变化研究

为探明金太阳(Prunus armeniaca‘Golden-sun’)和魁金杏(Prunusarmeniaca‘Kuijin’)不同成熟期果实品质的变化机理,利用常规品质指标测定方法,研究绿熟期、商熟期和完熟期三个成熟期杏果实中类黄酮、类胡萝卜素等品质指标的变化。结果表明:2个杏品种果实单果重、可溶性固形物、Vc、可溶性糖、类黄酮和类胡萝卜素含量均随着果实的成熟不断升高,在完熟期均达到最高,‘魁金’高于‘金太阳’;果实硬度和有机酸含量均随着果实成熟度的增加而降低,在完熟期达到最低,‘魁金’低于‘金太阳’,‘魁金’果实品质优于‘金太阳’。2个杏品种果实单果重、可溶性固形物、Vc均与类黄酮、类胡萝卜素含量呈显著正相关,相关系数均在0.8以上。杏果肉颜色的变化与类胡萝卜素合成途径有关。     

芒果(Mangifera indica)黄烷酮3-羟化酶基因的克隆及其表达分析

色素苷的合成是红色芒果果实着色的主要代谢途径,黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因是花色素代谢途径上的关键酶,属于依赖型2-酮戊二酸的双加氧酶(2-ODD)家族,反应需要2-酮戊二酸、分子氧、铁和抗坏血酸,作用是催化柚皮素C3位羟基化,生成二氢山奈素(dhiydorkaempeforl,DHK)。本研究根据已经报道的F3H基因的序列设计兼并引物,采用RACE方法从芒果的果实中,克隆得到了一个F3H基因,其全长cDNA序列为1 182 bp,开放阅读框为1 092 bp,编码363个氨基酸,分子重量为40.82 k D,等电点为4.88。通过在线软件对其二级结构和三级结构进行了预测。对不同着色芒果品种中的F3H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。通过系统进化树分析发现芒果中黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因编码的蛋白与荔枝、可可、柚子等植物的亲缘关系比较近。     

香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因MaSSIII-1的分子特征与时空表达模式

为弄清香蕉果实可溶性淀粉合成酶基因(MaSSIII-1)的分子特征及时空表达模式，以‘巴西蕉’果肉为试材，采用PCR法进行MaSSIII-1基因克隆，通过Quantitative real-time PCR (qPCR)和Western blot技术对MaSSIII-1基因及其蛋白表达模式进行分析。结果显示：MaSSIII-1基因cDNA全长为2397 bp，编码798 个氨基酸，包括4 个典型的结构域，GenBank 登录号为KU757067。MaSSIII-1 基因在香蕉根、球茎、花和苞片中表达量较低，在叶、果皮和果肉中表达量较高；随着香蕉果实发育，MaSSIII-1 基因表达量逐渐上升，在抽蕾后50~60 天达到最大；随着果实采后成熟，MaSSIII-1 表达量在采后5 天达到最大，随后逐渐下降。在香蕉果实不同发育及采后成熟阶段，MaSSIII-1 蛋白呈现出与mRNA水平相一致的表达趋势。证明MaSSIII-1 基因的表达不仅涉及到香蕉果实支链淀粉合成代谢，可能还涉及采后早期果实成熟或者支链淀粉降解。