茶树二氢黄酮醇4-还原酶基因的克隆、表达及功能分析

茶树二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)是儿茶素合成途径中的关键酶。本研究采用RT-PCR技术,获得了茶树二氢黄酮醇4-还原酶基因(CsDFR)的开放阅读框,它编码含347个氨基酸的蛋白质,推测分子量为38.69 kD,等电点为6.02。成功地将该基因重组到表达载体SUMO上,并在大肠杆菌BL21中进行原核表达;优化了原核表达中诱导时间、诱导温度、IPTG浓度;纯化出目的蛋白。利用HPLC-MS方法对重组蛋白进行了体外酶活检测,结果表明目的蛋白具有DFR酶活性,可催化DHQ和DHM的还原反应。     

茶树无色花色素还原酶基因克隆及表达分析

采用EST测序技术和3′RACE技术,获得了茶树儿茶素代谢途径中的一个重要酶—无色花色素还原酶的全长基因,在GenBank的登录号为EF205148,序列全长1 301 bp,其中开放阅读框长1 029 bp,编码342个氨基酸,3′端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为37.5 kD,理论等电点为5.81。将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中进行原核表达,经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,结果表明茶树无色花色素还原酶基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约60 kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。同源性分析表明茶树无色花色素还原酶基因编码的氨基酸序列与其他植物具有较高的相似性,例如与亚洲棉、草莓和葡萄的相似性分别为70%、68%、71%。利用半定量PCR技术检测总儿茶素含量不同的4个茶树品种中与类黄酮合成相关的黄酮醇合成酶(FLS)、二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)、无色花色素还原酶(LAR)、花色素合成酶(ANS)等7个基因的表达情况,结果表明DFR和LAR基因的表达量与茶树中总儿茶素含量呈一定的相关性,而其他基因则与其相关性不大。     

茶树花青素还原酶基因在大肠杆菌中的表达及优化

茶树花青素还原酶是催化非酯型儿茶素EC和EGC合成的关键酶。采用RT-PCR技术,获得了茶树花青素还原酶基因的开放阅读框,它编码含337个氨基酸的蛋白质,推测分子量为37kD,等电点为6.54;成功地将该基因重组到表达载体pET32a(+)上,并在大肠杆菌rosetta中进行原核表达;优化了原核表达中诱导时间、诱导温度、IPTG浓度、氨苄青霉素浓度,纯化出目的蛋白。HPLC检测表明,目的蛋白具有ANR酶活性。     

基于高通量测序筛选‘紫娟’花青素合成相关的miRNA

为筛选调控紫娟茶树花青素合成相关miRNA,以茶树品种紫娟(ZJ)、云抗10号(YK)和福鼎大白茶(FD)为材料,构建了miRNA文库。鉴定出46种已知的miRNAs和67种新的miRNAs,预测到具有注释的靶基因765个。通过差异表达分析,筛选出在ZJ与YK、ZJ与FD共有差异表达的miRNA24个。通过对24个差异表达miRNA的靶基因分析,筛选出可能参与调控花青素合成的miRNA 4个,包括miR828a、miR845c、novel_14和novel_87,其预测的靶基因包括转录因子基因MYB4、MYB23、MYB26、MYB82、bHLH74以及4-香豆酰辅酶A链接酶(4CL)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)和UDP-葡萄糖黄酮3-O-葡糖基转移酶(UFGT)等基因。利用RT-PCR分析8个差异表达的miRNA,其结果与转录组分析一致。本研究结果为进一步开展茶树花青素生物合成的调控机制研究奠定基础。     

花青素合成关键酶基因的定位及结构分析

为研究大豆花青素合成途径关键酶的基因标记和结构信息,利用大豆基因组和染色体标记数据,对16个花青素合成关键酶基因(苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮合酶(CHS,包括9个成员)、黄烷酮-3-羟化酶(F3H)、苯基苯乙烯酮黄烷酮异构酶(CHI)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)和4-香豆酰CoA连接酶(4CL),进行基因遗传图和物理图定位和基因结构分析.结果表明:16个基因分别定位在A1、A2、B1、B2、D1a、D1b、D2、I、K、O等10个连锁群上,并获得了基因所在序列两侧标记.利用大豆的cDNA和gDNA序列信息,获得了16个基因的结构,外显子数目1～7个,内含子数目0～6个,其中PAL、DFR2、GmCHS7是单外显子基因,4CL、CHI、F3H、GmCHS1、GmCHS5、GmCHS8有1个内含子,DFR1、GmCHS2、GmCHS3、GmCHS6有2个内含子,GmCHS4、GmCHS9有3个内含子,GmIRCHS则有6个内含子.     

茶树氧甲基转移酶基因的克隆及原核表达

获得了一类茶树氧甲基转移酶基因cDNA全长并构建了该基因的原核表达载体。以从茶树叶片中提取的总RNA为模板,结合RT-PCR与RACE克隆技术获得氧甲基转移酶(O-methyltransferase)基因cDNA全长1 280 bp,其开放阅读框为1 068 bp,编码355个氨基酸,推测的蛋白分子量为39.1 kD,理论等电点为5.68。其氨基酸序列与葡萄和蓖麻氧甲基转移酶基因相似性分别为73%、71%。将该基因片段连接到原核表达载体pET-28a中,转化大肠杆菌BL21后诱导重组蛋白的表达,经IPTG诱导,SDS-PAGE检测到1条与预测融合蛋白分子量相符的外源蛋白。     

不同种皮颜色花生品种花青素合成相关基因的克隆及序列差异分析

花生品种种皮颜色相当丰富,种皮颜色的着色深浅与种皮花青素积累的多少有直接关系。为了探讨花生种皮颜色差异形成的分子基础,本研究采用RACE方法,首次克隆4种不同颜色花生品种花青素合成相关基因的全长,并比较全长c DNA序列的差异。结果表明:除苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)外,查耳酮合成酶基因(CHS)、查耳酮异构酶基因(CHI)、二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)、类黄酮-3’羟化酶基因(F3′H)、花色苷合成酶基因(ANS)、类黄酮3-O-糖基转移酶基因(3GT)等6个花青素合成相关基因的序列在4个花生品种中均存在氨基酸替换的现象。其中CHS,CHI,DFR,F3′H,ANS和3GT基因在4个不同种皮颜色花生品种中分别存在8,1,1,12,1和9个氨基酸位点的差异,且这些差异位点均未发生在保守位点。以上基因的结构差异是否与花生种皮颜色差异相关还有待进一步探讨。      

巴西橡胶树HbHDR的原核表达及HbHDR在乳管细胞中的亚细胞定位

4-羟基-3-甲基-2-(E)-丁烯基-4-磷酸还原酶(4-hydroxy-3-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate reductase,HDR)是异戊烯基焦磷酸合成途径之一甲基赤藓糖磷酸(methylerythritol phosphate,MEP)途径中的最后一个酶,催化4-羟基-3-甲基-(2E)-丁烯基-4-磷酸生成异戊烯基焦磷酸.根据笔者从橡胶树中克隆的HDR基因(命名为HbHDR,GenBank登录号:EU881977)序列,构建了HbHDR的原核表达载体,并在大肠杆菌中诱导表达获得融合表达蛋白.将融合蛋白免疫新西兰大白兔,制备HbHDR的高效价特异的多克隆抗体.Western-blot分析表明,HbHDR存在于乳管细胞的橡胶粒子和C-乳清中.     

卡特兰ChCHS1和ChDFR1基因的克隆及表达分析

以卡特兰紫色花品种‘粉女郎’（Cattleya hybrid‘Pink Lady’）为材料,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中分离得到了一个查尔酮合酶（chalcone synthase, CHS）和一个二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase, DFR）同源基因的cDNA全长,分别命名为ChCHS1和ChDFR1,GenBank登录号分别为KP171693和KP171694。序列分析结果发现：ChCHS1的cDNA全长1 508 bp ,编码394个氨基酸;ChDFR1基因的cDNA全长1 250 bp,编码350个氨基酸。同源性检索和生物信息学分析表明,这2个基因编码的蛋白都具有各自的功能位点和保守性特征多肽序列。氨基酸序列比对与系统进化树分析显示,ChCHS1、ChDFR1基因在兰科中与蕙兰、石斛兰关系最近,与百合科关系较近。相对实时荧光定量PCR结果表明,ChCHS1 和ChDFR1都在蕾期表达量最低,伴随花朵的开放,表达量逐渐上升,最终分别在花朵盛开期和接近开放时达到最高。     

花生花青素合成相关基因的表达与种皮颜色关系

为了探讨花青素合成相关基因表达与种皮颜色的关系,本文采用HPLC和实时荧光定量PCR技术,分析4种不同种皮颜色的花生品种种皮花青素的种类和含量,以及花青素合成相关基因在4个品种5个荚果发育关键时期的差异表达。结果表明:花生种皮的花青素主要由飞燕草色素、矢车菊色素和天竺葵色素等三种色素组成;花生种皮的外观颜色和深浅主要由飞燕草色素和矢车菊色素含量决定,飞燕草色素和矢车菊色素含量越高,种皮颜色越深。花青素合成相关基因主要在种子充实期(开花后约40~50d)上调表达。花生种皮颜色的深浅与查耳酮合成酶基因(CHS)、查耳酮异构酶基因(CHI)、二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)、类黄酮-3'羟化酶基因(F3'H)和花色苷合成酶基因(ANS)等基因在种子充实期高表达显著相关。上述5个基因表达量愈高,种皮颜色愈深。     

红紫芽茶花青素合成关键酶活性与重要酚类物质相关性研究

以广东的红叶1号、红叶2号、丹妃和云南紫娟4种红紫芽品种（系）为供试材料,以英红九号绿芽品种为对照,通过分析酶活性研究了红紫芽茶花青素合成关键酶活性变化规律,并揭示了其与花青素、茶多酚、儿茶素组分等重要酚类物质含量的相互关系。结果表明,红紫芽茶花青素合成过程中,同一季节不同品种（系）类黄酮-3-O-糖基转移酶（UFGT）活性与茶多酚总量和花青素含量均显著正相关,为花青素合成的关键酶;而苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合成酶（CHS）、类黄酮-3-羟化酶（F3H）、二氢黄酮醇-4-还原酶（DFR）、黄酮醇合成酶（FLS）、花青素合成酶（ANS）和花青素还原酶（ANR）等活性能力与花青素含量变化趋势不存在密切的相关性;春季各样品儿茶素（C）含量与PAL酶活性显著正相关,表儿茶素没食子酸酯（ECG）含量与DFR酶活性存在显著正相关;同一季节不同品种（系）CHS、F3H、ANS以及ANR酶活性与酚类物质含量无显著相关性。     

基于高通量测序筛选‘紫娟’花青素合成相关的miRNA

为筛选调控紫娟茶树花青素合成相关miRNA,以茶树品种紫娟（ZJ）、云抗10号（YK）和福鼎大白茶（FD）为材料,构建了miRNA文库。鉴定出46种已知的miRNAs和67种新的miRNAs,预测到具有注释的靶基因765个。通过差异表达分析,筛选出在ZJ与YK、ZJ与FD共有差异表达的miRNA 24个。通过对24个差异表达miRNA的靶基因分析,筛选出可能参与调控花青素合成的miRNA 4个,包括miR828a、miR845c、novel_14和novel_87,其预测的靶基因包括转录因子基因MYB4、MYB23、MYB26、MYB82、bHLH74以及4-香豆酰辅酶A链接酶（4CL）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）和UDP-葡萄糖黄酮3-O-葡糖基转移酶（UFGT）等基因。利用RT-PCR分析8个差异表达的miRNA,其结果与转录组分析一致。本研究结果为进一步开展茶树花青素生物合成的调控机制研究奠定基础。     

斑茅SAMDC基因的克隆及其原核表达分析

以斑茅(Erianthus arundinaceus)samdc基因的cDNA为基础,采用基因重组技术,将该基因按正确的阅读框架定向克隆于原核表达载体pET-29a(+)中,转化大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG诱导表达,并对表达产物进行SDS-PAGE分析.结果表明:重组斑茅samdc基因在大肠杆菌中获得高效表达,其分子量约为43.281kDa.斑茅samdc基因原核表达载体的成功构建和重组斑茅SAMDC蛋白在大肠杆菌中的高效表达,为进一步研究其生物学功能奠定了基础.     

茶树花青素还原酶的酶学特性研究

茶树花青素还原酶(CsANR)作为原花青素生物合成途径中的关键酶,催化花青素为相应的2,3-顺式-黄烷-3-醇。为了研究该酶的酶学特性,本文采用原核表达及钴离子亲和柱纯化技术,表达并纯化出目的蛋白;重点对CsANR1酶学特性进行研究分析。结果表明,CsANR1的最适反应温度为40℃,最适pH值为6.5;对底物矢车菊色素的亲和力高于飞燕草色素。Cu2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+和Hg2+等金属离子对酶有抑制作用,存放15d后酶活下降50%。     

茶树花青素还原酶的酶学特性研究

茶树花青素还原酶(CsANR)作为原花青素生物合成途径中的关键酶,催化花青素为相应的2,3-顺式-黄烷-3-醇。为了研究该酶的酶学特性,本文采用原核表达及钴离子亲和柱纯化技术,表达并纯化出目的蛋白;重点对CsANR1酶学特性进行研究分析。结果表明,CsANR1的最适反应温度为40℃,最适pH值为6.5;对底物矢车菊色素的亲和力高于飞燕草色素。Cu2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+和Hg2+等金属离子对酶有抑制作用,存放15d后酶活下降50%。     

利用Gateway技术改造原核表达载体pGEX-4T-1、pET-28a

质粒载体是基因工程研究中不可或缺的工具。为提高载体构建效率,进一步满足基因工程研究在构建表达载体时的需要,本文提供了一种重组型载体的改造策略。基本流程如下：利用带BglⅡ、XhoⅠ酶切位点以及attB重组序列的引物,从Gateway的入门载体pDONR Zeo中克隆到“BglⅡ-attB1-ccdB-attB2-XhoⅠ”片段。通过酶切连接的方法,将该片段插入到原核表达载体pGEX-4T-1以及pET-28a的多克隆位点,构建具有重组位点以及ccdB致死基因的原核表达载体。以胡椒High mobility group protein（HMGB)基因的开放读码框为目标片段,通过重组反应将目的基因构建到改造后的原核表达载体上,经检测体外诱导表达出大小正确的HMGB蛋白,验证本研究中改造载体的正确性。该载体的成功构建,为基因工程科研工作提供了一个高效的蛋白表达载体以及载体改造的新策略。     

香蕉束顶病毒海口分离物NSP基因的原核表达

应用PCR方法从感染香蕉束顶病毒的香蕉植株幼嫩假茎和叶片总DNA中克隆NSP (Nuclear shuttle protein)基因的编码区,并通过Gateway技术定向重组到原核表达载体pDEST~(TM)-17中的6xHis标签下游,经菌落PCR和测序鉴定结果表明,成功构建了原核表达载体pDEST~(TM)-17-NSP.阳性克隆转化Ecoli BL21(DE3),经IFFG诱导表达、SDS-PAGE分析和western blot检测,结果显示,融合蛋白以包涵体的形式稳定表达,分子量约为20 ku,与预计值相符.通过诱导条件的优化,确定了最佳的融合蛋白表达条件为25℃、0.1 mmol/L IPTG条件下诱导4h.从而为制备NSP多克隆抗体和进一步研究NSP的功能奠定了基础.     

大豆GmERF6基因的原核表达及重组蛋白纯化

将大豆中已克隆的一个新的ERF转录因子基因(GmERF6)构建到原核表达载体pET28上,导入大肠杆菌Rosetta(DE3)中,对其进行IPTG诱导.结果表明:在IPTG浓度为0.3 mol·L-1,诱导时间为3h时,重组蛋白得到表达,分子量大约为30 kDa.SDS-PAGE电泳结果表明重组蛋白主要以包涵体形式存在...     

重瓣茶花‘红十八学士’MADS-box家族B-function基因序列分析与原核表达

对山茶重瓣花‘红十八学士’(Camellia japonica‘Hong Shibaxueshi’)中的4个B类功能基因构建了系统进化树,预测了其蛋白结构,并构建了相应的原核表达载体.生物信息学分析结果表明:4个基因分属3个亚家族,其中CjHGLO1和CjHGLO2属PI亚家族,CjHTM6属TM6-1ike亚家族,CjHDEF属AP3亚家族;4个基因的编码蛋白均为不稳定蛋白,均无信号肽存在;其蛋白二、三级结构均以α-螺旋为主,其次是无规则卷曲,然后以延伸链三种构象形式存在;分析的特定位点中磷酸化位点数量最多,尤其是蛋白激酶C磷酸化位点最多.原核表达实验结果显示:当IPTG浓度在0.2 mmol/L、30℃、经1h诱导CjHGL01蛋白可获表达;当IPTG浓度在0.1 mmol/L、30℃、诱导1.5 h CjHGLO2蛋白可获表达;当IPTG浓度在0.5 mmol/L、16℃、过夜(＞16 h)诱导CjHDEF蛋白可获表达;当IPTG浓度在0.3 mmol/L、20℃、诱导5 h CjHTM6蛋白可获表达.这些研究为山茶B-function基因的更深入研究奠定了基础.