二氢黄酮醇-4-还原酶基因的结构与功能研究

二氢黄酮醇-4-还原酶（DFR）是花色素苷生物合成途径的关键酶,其基因已从多种植物中克隆出来。从该基因的结构、功能和表达特性等方面进行了总结,为DFR基因的进一步研究和利用提供参考。     

葡萄等植物DFR基因家族生物信息学分析

二氢黄酮醇4-还原酶（Dihydroflavonol4-reductase,DFR）是花青素合成途径的关键酶之一,也是该途径的关键调控位点之一。该文以葡萄DFR家族为例,对多个物种DFR基因及编码蛋白在基因结构、编码氨基酸基本理化性质、疏水性、功能域、亚细胞定位和进化关系等方面进行了比较分析。为葡萄等富含花青素植物中花青素合成及调控研究提供基础资料。     

石榴等观赏植物DFR基因生物信息学分析

根据GenBank中已登录的红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的核苷酸序列和氨基酸序列,应用生物信息学软件对其核苷酸序列的外显子、氨基酸序列的理化性质、疏水性/亲水性和跨膜结构等进行了预测。结果表明,这几种植物DFR基因均存在1个外显子,含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr;除红花石榴和粉花石榴DFR属于不稳定蛋白外,其余植物均属于稳定蛋白。这几种植物DFR蛋白均为亲水性蛋白,存在明显的疏水区和亲水区以及跨膜结构等。     

山葡萄DFR基因全长cDNA的克隆与序列分析

应用RT-PCR和SMART RACE等技术克隆山葡萄二氢黄酮醇4-还原酶基因的全长c DNA序列,结果表明,该基因全长1 362 bp,包括1 014 bp的完整开放阅读框,推测其编码337个氨基酸。该基因表达产物相对分子质量为37.50 ku,等电点为5.95,是稳定蛋白,不包含信号肽。蛋白质疏水性分析结果表明,DFR疏水性最大值为2.511,最小值为-2.267,平均值为-0.146,整体表现为亲水性。二级结构分析结果表明,DFR的二级结构主要以α-螺旋(35.31%)和不规则卷曲(46.29%)为蛋白最大量的结构元件。对不同植物DFR氨基酸序列进行多重比对发现,同源性较高,DFR与NADPH结合区域和底物结合区域都表现出高度保守。用推导的氨基酸序列与蛋白质数据库进行同源性比较,其氨基酸序列与欧亚种葡萄、大豆、矮牵牛等植物的DFR氨基酸序列两两比对的相似性系数分别为98%、76%、74%。     

十字花科植物DFR蛋白的生物信息学分析

采用生物信息学的方法分析已经在GenBank上注册十字花科植物的DFR基因序列及相应氨基酸序列,并对其理化性质、结构特征、系统进化关系等进行预测。结果表明,十字花科植物的DFR蛋白大部分都有6个外显子,分子质量36 481.89～43 129.21 Da,大多数蛋白亚细胞定位于叶绿体中;除了BnaDFRA402,其他的DFR蛋白均具有酶活性部位、NADP结合位点和底物特异结合位点,这些保守区域形成了5个motifs;每个DFR蛋白均有多个磷酸化位点,以Ser为主,以Thr和Tyr磷酸化为辅;二级结构均由α-螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲组成,其中α-螺旋为主要结构元件。     

唇形亚纲植物DFR基因的分子进化分析(英文)

[目的]研究唇形亚纲植物中花色素苷合成的关键酶—DFR的分子进化特性。[方法]基于Genbank数据库上发表的唇形亚纲植物DFR氨基酸序列和cDNA序列,利用生物信息学软件对其进行了分子进化分析。[结果]基于DFR氨基酸序列的系统发育树显示,唇形亚纲植物和百合亚纲植物分为2支,大部分同科植物聚在一起,这与形态学上的物种发育关系基本吻合;MEGA、DNAsp和PAML的选择性压力预测结果均显示,DFR基因在唇形亚纲植物进化过程中经历了强烈的纯化选择压力。[结论]该研究可为研究DFR的酶学特性花色素苷生物合成的分子机制等奠定基础。     

三色堇DFR基因的克隆及表达分析

从三色堇花瓣中克隆了1个花色素合成结构基因的全长c DNA,命名为Vw DFR。Vw DFR c DNA全长为1 340 bp,编码347个氨基酸组成的蛋白,与胡杨的DFR序列具有较高的序列一致性。Vw DFR蛋白含有典型的植物DFR蛋白的保守功能结构域,属于SDR超基因蛋白家族成员。Vw DFR基因在三色堇不同组织中的表达存在明显差异,在初花期的花瓣中表达量最高,且色斑区高于非色斑区。结果说明,Vw DFR可能与三色堇花色形成有关。此结果为深入研究三色堇花色形成奠定了基础。     

不同物种启动子结构特征比较

比较基因组分析表明植物比低等生物和动物含有更多的编码基因。研究人员猜测这主要由于植物基因组中编码转录因子等调控蛋白的基因数量多于动物导致的,意味着植物的转录调控机理可能更加复杂。本研究,针对拟南芥、大肠杆菌以及人类的全基因组启动子序列开展了DNA自由势能分布,弯折度,单核苷酸组成分布及碱基偏差等特征的计算分析比较,期望从启动子结构差异特征分析结果中找到支持上述假说的实验证据。研究结果表明：三个物种的启动子具有转录起始位点（TSS）附近热稳定性最差,弯折度强的共性特征。拟南芥和人类一样在TSS上游（-25bp）具有相似的能量降落峰,而大肠杆菌的最大降低峰出现位置与真核生物不同,约在-10 bp和-35 bp区域。研究还发现拟南芥启动子区域自由势能,可弯折度,核苷酸的分布趋势与人类和大肠杆菌相比具有显著的差异特征。拟南芥TSS上游和下游区域能量和弯折度的变化范围最大,并且具有独特的GC偏好分布特征。我们的研究结果从计算生物学角度上阐明启动子结构差异是导致物种间转录因子识别机制不同的重要原因之一,实验数据进一步支持植物启动子转录调控机制比动物更加复杂的研究推论。     

拟南芥ULTRAPETALA1基因功能的研究进展

ULTRAPETALA1 (ULT1)是一种发育调节因子,可以与多种蛋白相互作用调控植物器官的形成。在拟南芥中该基因的突变体主要表现为花器官数量增多;目前已有研究报道该基因参与了茎尖与花分生组织的发育,以及生物和非生物胁迫等方面的调控,在拟南芥发育过程中具有重要意义。本文综述了现有的研究成果,详细分析了ULT1基因对发育的影响,总结了其在分生组织、叶、花等方面的功能。     

茄萼花色苷合成相关基因DFR和MYB克隆及表达分析

【目的】花色苷是一类通过类黄酮途径合成的水溶性次生代谢产物,既能使植物的不同器官呈现红、紫、蓝等颜色,还有利于人体健康。紫茄富含花色苷,但是有关茄萼花色苷生物合成的分子机制还不是很清楚。本研究旨在通过克隆茄萼花色苷合成相关基因DFR和MYB,测定其在不同发育时期不同颜色茄萼中的表达量,探究DFR和MYB在茄萼花色苷合成中的作用。【方法】选用绿萼和紫萼长茄(Solanum melongena L.)果萼为试材,测定不同p H条件下茄萼花色苷含量;通过RACE方法分离克隆DFR和MYB cDNA全长序列,分析DFR和MYB的保守结构域及序列特征;分别对DFR和MYB及其同源蛋白序列进行系统进化分析,构建系统进化树来进一步分析鉴定基因;使用Ex PASy网站提供的在线分析软件SOPMA预测蛋白质二级结构;利用实时荧光定量PCR方法检测目的基因在不同发育阶段果萼中的表达情况。【结果】从绿萼和紫萼长茄果萼中克隆了DFR和MYB片段,分别命名为ouSmDFR、dongSmDFR和ouSmMYB、dongSmMYB,Gen Bank登录号分别为:KX224250、KX224251和KX224253、KX224254。ouSmDFR和dongSmDFR全长分别为1 285 bp和1 249 bp,开放阅读框为858 bp和864 bp,分别编码285个和287个氨基酸;ouSmMYB和dongSmMYB全长分别为969 bp和959 bp,开放阅读框均为462 bp,编码153个氨基酸。蛋白质二级结构分析表明α-螺旋和无规则卷曲均为两个DFR蛋白和两个MYB蛋白的主要二级结构元件。序列比对表明DFR蛋白具有NADPH结构域(NADPH binding domain)和底物特异性结合结构域(Substrate specific binding domain),属于NADB-Rossmann超基因家族;MYB蛋白属于R2R3-MYB转录因子,具有R2、R3两个MYB结构域和b HLH结合域。ouSmDFR和dongSmDFR与St DFR和Sl DFR具有相对较高的同源性;ouSmMYB和dongSmMYB与Es MYB同源性较高。花色苷含量测定显示,紫萼果茄萼花色苷含量较高且随着果实的发育成熟而逐渐增加;而绿萼茄萼几乎检测不到花色苷。荧光实时定量PCR分析表明,DFR和MYB在紫萼长茄果萼中表达量均远高于绿萼长茄;从初蕾期到盛花期,紫萼长茄果萼中DFR和MYB表达量逐渐升高,而绿萼长茄则几乎没有变化,与两个品种茄萼颜色变化相一致。【结论】ouSmDFR和dongSmDFR属于NADB-Rossmann超基因家族,ouSmMYB和dongSmMYB为典型R2R3-MYB转录因子,DFR和MYB在紫萼长茄果萼中表达明显高于绿萼长茄。推测DFR和MYB在茄萼呈色中发挥作用,并且参与花色苷生物合成。     

拟南芥花粉2种体外萌发方法的对比研究

花粉萌发以及花粉管的伸长是植物生长的重要部分,近年来越来越多的研究者对花粉萌发以及花粉管伸长的机制进行关注,所以对花粉萌发的研究势在必行。拟南芥作为一种模式植物,具有生长快、生长周期短、栽培容易等优点,本文以拟南芥为材料,对两种花粉体外萌发、花粉管体外生长的培养基质进行对比。     

苹果NAC转录因子家族生物信息学分析

NAC转录因子是植物特有的且具有多种生物功能的一类重要转录因子,该家族转录因子广泛参与植物生长发育以及器官建成、逆境胁迫应答等反应.首先利用生物信息学方法对苹果256条NAC蛋白序列的系统发生和NAC基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥NAC转录因子家族之间的联系.结果显示苹果256条蛋白序列与拟南芥94条NAC蛋白序列一起被分成了 23个亚族,拟南芥与苹果MC基因间具有较高的保守性.基因组定位结果显示苹果256条MAC基因分布在17条染色体上.研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,256条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,且256条氨基酸序列三维结构相似.本试验结果将为苹果NAC转录因子家族的进一步功能分析提供重要研究基础.     

PCR介导观赏向日葵DFR基因改造及其真核表达载体构建研究初报

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是花色素苷代谢途径中的关键酶之一.本研究利用PCR技术将观赏向日葵DFR底物结合区敲除,并将该区域中134位保守氨基酸天冬酰胺定点突变为天门冬氨酸和亮氨酸,最后获得已敲除底物结合区的基因KODFR以及定点突变的基因N134D和N134L,并成功构建KODFR、N134D和N134L基因的植物表达载体pCAM-KODFR、pCAM-N134D和pCAM-N134L.     

紫色芸薹属蔬菜花青素合成调控研究进展

本文主要利用拟南芥、玉米、牵牛花和金鱼草的类黄酮合成途径推测并绘制了芸薹属花青素合成途径;紫色芸薹属花青素合成结构基因CHS、F3'5'H、DFR和ANS的高水平转录是芸薹属着色的直接原因;调控花青素合成途径中后期合成基因的R2R3-MYB类转录因子启动子突变并高水平转录是芸薹属蔬菜组织中花青素大量积累的关键。     

风信子DFR基因全长cDNA的克隆及序列分析

以蓝色风信子完全露出蓝色的花蕾为材料,利用RT-PCR和RACE技术，获得风信子DFR基因的全长cDNA。该cDNA全长1252 bp ,开放阅读框为1098 bp ,编码366个氨基酸。 Blast搜索结果显示,风信子DFR基因核苷酸序列与其它植物已报道的DFR基因具有66 %～77 % 的相似性,氨基酸序列有62 %～73 %的相似性。聚类分析表明, 最先与风信子聚类合并的是鸢尾，其次与其它单子叶植物聚类，最后与双子叶植物聚类。     

芸薹属BoCAL和BobCAL具有促进拟南芥提前开花的功能

CAL编码MADS-box转录因子,参与控制花分生组织的特性,在拟南芥中发生突变时没有明显的表型;不过花椰菜的BobCAL由于终止密码子提前出现导致花球的形成,而甘蓝的BoCAL可以编码完整CAL蛋白;可见,CAL同源基因在十字花科不同种的植物中具有不同的功能,不过BobCAL是否具有促进开花功能还不清楚。此研究通过构建BoCAL和BobCAL植物双元表达载体,通过浸花法获得了转基因拟南芥,结果发现BoCAL具有促进拟南芥Col和Ws两种生态型植物提前开花的功能;而BobCAL仅能促进Col拟南芥提前开花,而在Ws生态型拟南芥中却未观察到类似的功能。     

胡杨PeREM6.5调控拟南芥水分胁迫耐受机制

【目的】Remorin蛋白是广泛存在于苔藓、裸子和被子植物中的蛋白家族,在调控植物生长发育及生物胁迫反应方面具有重要作用,但有关remorin抵御非生物胁迫作用机制的研究较少。前期研究发现抗逆树种胡杨的remorin 6.5(REM6.5)可通过增强质膜质子泵活性提高植物耐盐性,在此基础上,本文研究了胡杨PeREM6.5在植物耐受水分胁迫中的作用,旨在进一步揭示植物抗旱的生理与分子机制。【方法】以过表达PeREM6.5拟南芥（OE1和OE2）、野生型（WT）和转空载体对照（VC）拟南芥为试验材料,对各基因型拟南芥进行水分胁迫处理（包括渗透胁迫和土壤干旱）以及复水处理,从生理生化及分子生物学角度研究了胡杨PeREM6.5在拟南芥干旱胁迫中的响应机制。【结果】甘露醇处理后,过表达PeREM6.5拟南芥的存活率、根长显著高于WT和VC,并且在渗透胁迫下细胞膜受损程度较小,这些表型差异主要与转基因拟南芥水分吸收、抗氧化防御能力增强有关。甘露醇处理后,过表达PeREM6.5拟南芥水通道基因AtPIP1;2和AtPIP2;1的表达量提高。甘露醇处理诱导WT和VC根细胞积累H2O2,对细胞膜造成氧化...     

拟南芥室内简易栽培和田间大规模种植的方法

采用菜园土、草木灰、锯木屑体积比为4∶2∶1的培养基质,用1g·L-1琼脂水悬浮种子直播培养拟南芥,根据其生物学特性在温度、空气相对湿度、土壤水分、光照以及病虫害防治等方面进行管理,培养出生长健壮、充分满足实验要求的拟南芥植株.用同样基质,适当遮荫,可以在田间大规模种植拟南芥.在月均温为11-14℃,日最低气温为2.1-4.7℃的自然条件下,夜间覆盖塑料薄膜,拟南芥仍能正常生长.     

蒺藜苜蓿二氢黄酮还原酶基因克隆及植物表达载体构建

采用RT-PCR方法,从蒺藜苜蓿(Medicargotrunctula)中克隆了二氢黄酮还原酶(DFR)基因cDNA片段,并进行DFR基因植物表达载体的构建.结果表明:扩增的DFR基因片段全长约1 000 bp,编码337个氨基酸,与Gen-Bank中已注册的DFR基因核苷酸序列的同源性为99.80%.以pBI121为基础载体,构建了CaMV35S启动子驱动的DFR基因的植物表达载体pBIDFR,然后导入农杆菌EHA105,经PCR验证确定构建出植物表达载体.     

北方地区拟南芥栽培技术及基因转化体系的构建

从基质的配制、播种方法、栽培管理、基因转化及转化植株筛选等方面对北方地区拟南芥的栽培技术和基因转化体系的构建方法进行了介绍,旨在为拟南芥在北方种植和利用拟南芥展开植物的分子研究提供依据。