基于基因组和转录组的丹参酮生物合成相关基因SmCYP71AU66 的筛选

目的：以丹参基因组及全长转录组数据库为基础,对丹参酮生物合成关键酶基因进行预测,进一步推进丹参酮生物合成途径的解析。方法：结合丹参中CYP450s的系统发育鉴定丹参CYP71clan成员,采用生物信息技术分析其差异表达、基因结构和保守基序等;克隆候选基因并进行理化特性和蛋白结构等分析。结果：从丹参基因组注释到161个CYP71clan成员,分为16个家族,其中CYP71家族成员有64个,数量最多且结构域保守。转录组表达分析显示CYP71clan中36%的基因高表达（FPKM > 10）。克隆到基因SmCYP71AU66 全长1503bp,编码500个氨基酸,在丹参根的周皮部位显著高表达,符合丹参酮在丹参体内的分布规律,预测该基因是丹参酮生物合成途径中的关键酶基因。结论：本研究为丹参酮合成相关基因的挖掘以及生物合成途径的解析提供参考。     

青蒿素生物合成关键酶CYP71AV1的表达纯化和晶体培养

疟疾是一种严重危害人类健康的世界性流行疾病,在青蒿素广泛应用之前,全世界每年约4亿人次感染疟疾,至少有100万人的死亡病例。因此疟疾被世界卫生组织列为世界三大死亡疾病之一。青蒿素的发现,开创了疟疾治疗新方法,全球数亿人因这种"中国神药"而受益。紫穗槐-4,11-二烯氧化酶是一种植物细胞色素P450蛋白(CYP71AV1),参与催化紫穗槐-4,11-二烯生成青蒿酸的三步氧化反应,是青蒿素生物合成途径上的关键酶。作者拟通过p CW Ori(+)-CYP71AV1重组质粒在原核表达系统中的可溶性表达及蛋白纯化,采用一氧化碳差式光谱分析和基于血红素辅基的生物活性测定,验证CYP71AV1蛋白的活性,培养该蛋白的晶体。结果表明,构建的重组基因p CW Ori(+)-CYP71AV1在大肠杆菌中得以功能性表达,经过亲和层析和凝胶过滤层析纯化得到了毫克级、有活性的目的蛋白,筛选出了重组CYP71AV1蛋白的晶体生长条件。这些研究为解析青蒿素生物合成关键酶CYP71AV1的晶体结构,以及通过合成生物学方法批量生产青蒿素奠定了基础,同时为其他植物来源的P450蛋白的表达纯化与结晶提供参考。     

二倍体紫苏CYP71基因家族的鉴定和生物信息学分析

目的：CYP71是细胞色素P450中CYP71簇（CYP71clan）中的其中一个家族,在次生代谢产物尤其是萜类化合物的生物合成中起到至关重要的作用。为了更好地了解二倍体紫苏CYP71基因家族的特征并预测其功能,该研究利用生物信息学方法对二倍体紫苏CYP71基因家族进行鉴定和系统性分析。方法：在二倍体紫苏PC99全基因组的基础上,根据CYP71基因家族共有的保守结构域进行筛选,利用美国国家生物技术信息中心（NCBI）、TBtools、MEME、MEGA、Cytoscape等工具对二倍体紫苏CYP71基因家族的序列特征、基因结构、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等进行分析。结果：在二倍体紫苏中共鉴定出68个CYP71基因,不均匀的分布在34条染色体上,属于2个亚家族,编码的氨基酸数目介于481～530,等电点在5.70～9.03,相对分子质量为54 217.07～60 031.79 Da,含有10个保守基序,富集分析和功能注释结果显示共富集到11个通路和114个类别,功能注释主要集中在生物过程中,在CYP71基因的启动子区存在多种顺式作用元件,主要为光响应和茉莉酸甲酯响应元件,蛋白质-...     

逆境胁迫下红花CYP450s基因的表达与幼叶总黄酮含量的相关性分析

目的克隆细胞色素P450s(CYP450s)家族成员的2个基因,探究红花Carthamustinctorius幼叶在逆境胁迫下CYP450s基因的表达与红花总黄酮含量变化关系。方法以吉红1号为材料,对CYP450s家族的2个基因CYP81E8、CYP71A1进行基因克隆表达及分析。研究了茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)、干旱(PEG-6000)、光及暗处理4种逆境胁迫对红花总黄酮含量的影响,分析了CtCYP81E8和CtCYP71A1基因的表达与叶片总黄酮含量之间的相关性。结果 CtCYP81E8编码区序列为1014 bp,编码337个氨基酸;CtCYP71A1编码区序列为1287 bp,编码428个氨基酸。2个基因在不同胁迫条件下的表达量及总黄酮含量的变化表明:MeJA处理后,与野生型相比,叶片中的总黄酮含量均有不同程度的增加。CtCYP81E8、CtCYP71A1的表达量与总黄酮的积累量呈正相关;当采用PEG-6000处理后,CtCYP81E8处于正调控,而CtCYP71A1处于负调控状态,红花的叶片中总黄酮含量均显著增加;光胁迫下,在一定时间内总黄酮含量与...     

雷公藤TwCYP88A1基因全长cDNA克隆与表达分析

目的:研究雷公藤萜类成分的生物合成相关基因,在雷公藤转录组信息数据的基础上,以雷公藤悬浮细胞为研究材料,克隆Tw CYP88A1基因。方法:采用c DNA末端快速扩增技术(RACE)克隆雷公藤Tw CYP88A1基因,实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)分析其组织表达谱。结果:Tw CYP88A1 c DNA全长1 594 bp,编码491个氨基酸,等电点9.16,相对分子质量55.957 k Da,具有半胱氨酸铁血红素配体信号活性催化位点。植物组织表达分析表明Tw CYP88A1基因在雷公藤叶中的表达量最高,根中最低。结论:从雷公藤悬浮细胞中克隆得到Tw CYP88A1基因全长c DNA,对其进行生物信息学分析,揭示其组织表达谱,为深入分析雷公藤细胞色素P450酶、解析雷公藤萜类化合物的生物合成下游途径奠定基础。     

基于全基因组的紫芝细胞色素P450分析

目的:紫芝是多孔菌科灵芝属的重要传统中药。细胞色素P450是一类含血红素的单加氧酶。本研究的目的是对紫芝基因组编码的CYP450序列进行比对及系统进化分析。方法:发掘紫芝基因组编码的所有P450基因,构建紫芝CYP450系统进化树,比较灵芝属3个已测序物种中P450基因家族的差异,并对紫芝中可能参与三萜生物合成的P450基因家族进行染色体定位和内含子相位分析。结果:紫芝基因组共编码228个CYP450基因,其中包括9个假基因,在进化上分为3个分支,分布在41个家族中,其中CYP5359家族最大,包含有53条序列。紫芝所有的P450基因家族在其他两个灵芝属真菌中都存在。CYP512和CYP5144家族可能参与灵芝酸生物合成,其中一些家族成员可能是通过基因复制进化而来的。结论:紫芝P450基因家族的系统进化分析与进化机制研究为进一步揭示紫芝P450基因的功能与生理生化作用奠定了基础。     

荆芥柠檬烯-3-羟化酶基因克隆及生物信息学分析

目的 克隆荆芥（Schizonepeta tenuifolia）中的柠檬烯-3-羟化酶基因（limonene-3-hydroxylase,StL3OH）,并对该基因的cDNA序列进行生物信息学分析。方法 根据荆芥转录组数据库设计特异性引物,通过逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术克隆StL3OH基因的cDNA序列,并进行生物信息学分析。结果 荆芥StL3OH基因的cDNA序列长为1 598 bp,包含1个长度为1 497 bp的完整开放阅读框,编码498个的氨基酸,其StL3OH蛋白理论相对分子质量为56.40 kDa,为亲水性不稳定蛋白。生物信息学分析表明,StL3OH蛋白无信号肽,具有1个跨膜区,可能定位于内质网膜上。多重序列比对和聚类分析表明,荆芥StL3OH蛋白与植物留兰香柠檬烯-3-羟化酶蛋白（MsL3OH）的氨基酸序列高度相似,均含有细胞色素P450血红素结合区,属于细胞色素CYP71家族中的D亚家族。密码子偏性分析表明,该基因偏好使用以鸟嘌呤/胞嘧啶（G/C）结尾的密码子,具有27个偏性密码子,烟草为该基因最适合的外源表达宿主。结论 首次从荆芥中克隆得到StL3OH基因的cDNA序列,为下一步研究StL3OH蛋白的结构与功能和该基因在荆芥单萜类成分的累积与生物合成的调控机制提供依据。     

丹参酮合成相关的候选基因CYP76AK5克隆及生物信息学分析

目的:基于丹参基因组和转录组筛选、克隆及分析丹参酮合成途径候选的CYP450编码基因。方法:设计引物克隆SmCYP76AK5编码基因,通过MEGA软件构建系统进化树并结合实时定量PCR分析其在根不同组织(周皮、韧皮部、木质部)、根、茎、叶、花中的差异表达;最后利用在线生物信息学工具分析其理化性质,预测其二级结构、保守结构域等。结果:系统进化树分析表明SmCYP76AK5属于CYP71clan;基因差异表达显示SmCYP76AK5在根周皮中表达最高,与丹参酮的合成和积累相一致。结论:预测丹参SmCYP76AK5参与丹参酮的生物合成。     

刺五加法尼基焦磷酸合酶基因的克隆、 生物信息学及表达分析

目的:克隆刺五加的法尼基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)基因,并对其进行生物信息学和表达分析.方法:采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加FPS基因的全长cDNA序列.运用生物信息学方法对该基因进行分析,预测其编码蛋白的结构与功能.并通过RT-PCR法检测FPS在不同器官中的表达情况.结果:刺五加FPS基因的cDNA全长为1 499 bp,开放阅读框长1 029 bp,编码342个氨基酸的蛋白,包含2个富含天冬氨酸(DDXXD)的保守功能域.FPS蛋白无跨膜区域,定位于细胞质中.RT-PCR的结果显示,刺五加FPS基因在各器官中均有表达,但表达最具有显著差异(P＜0.05).结论:首次分离并报道了刺五加FPS的cDNA克隆,并证实其在不同器官中的表达量不同,为进一步研究FPS对刺五加皂苷合成的影响和表达调控奠定了基础.     

甘草中新NADPH细胞色素P450还原酶基因的克隆与相关生物信息学分析

目的从甘草Glycyrrhiza uralensis中克隆1个新的NADPH细胞色素P450还原酶基因(Gu CPR,登录号:MH401048)并进行生物信息学分析。方法提取甘草根部总RNA后逆转录为cDNA,通过转录组数据库筛选得到Gu CPR基因全长,利用NCBI ORF finder得到其开放阅读框并翻译得氨基酸序列,设计引物进行PCR扩增,构建克隆重组质粒。利用生物信息分析预测蛋白性质、结构等及模拟蛋白三级结构,并构建同源系统进化树。结果克隆得到Gu CPR基因cDNA全长2 118bp,编码705个氨基酸残基,相对分子质量78 450,等电点(pI)5.19。Gu CPR蛋白为非分泌蛋白,不具有信号识别功能。跨膜预测结果显示蛋白的第44~64位氨基酸为跨膜区,同时,亚细胞定位预测结果显示蛋白位于内质网上。结论克隆得到一个新的Gu CPR,并进行了生物信息学分析,为进一步研究提供了理论基础。     

黄花蒿HDS基因的克隆与功能分析

目的克隆获得黄花蒿MEP途径中必需关键酶——羟甲基丁烯基-4-磷酸合成酶基因(HDS),并进行生物信息学分析和功能互补分析研究。方法对已知的其他种子植物HDS基因的核苷酸序列进行多重序列比对,选取保守区域设计简并引物,利用同源扩增和cDNA末端快速扩增技术从黄花蒿中获得目的基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,并用MEGA3.0中的临位相联法构建进化树。结果得到1条长2 324 bp的HDS cDNA序列,其ORF框长1 854 bp,编码617个氨基酸残基的蛋白;生物信息学分析显示,黄花蒿HDS基因AaHDS与其他种子植物来源的HDS高度同源;功能互补分析表明,AaHDS能互补突变菌株Escherichia coli MG1655 ara<>HDS中缺失的HDS功能,使突变菌株恢复生长,证明AaHDS具有典型的HDS基因功能。结论首次克隆获得黄花蒿HDS基因,为青蒿素的代谢工程研究提供相应的基础。     

刺五加钙调蛋白基因的克隆及内生真菌对其表达的影响

目的:克隆刺五加的钙调蛋白(calmodulin,CaM)基因,并分析内生真菌对其表达的影响。方法:采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加CaM基因的全长cDNA序列。通过RT-PCR法检测可显著提高刺五加皂苷含量的内生真菌菌株P116-1a,P116-1b,P109-4,P312-1对CaM表达的影响。结果:刺五加CaM基因的cDNA全长为856 bp,开放阅读框长450 bp,编码149个氨基酸的蛋白,与人参Panax ginseng和胡萝卜Daucus carota等物种的CaM同源性均高达100%。RT-PCR的结果显示,内生真菌可显著提高刺五加CaM基因的表达量(P<0.05),最大表达量出现在菌株P109-4回接90 d时,达对照的2.96倍。结论:首次克隆并报道了刺五加CaM的cDNA全长序列,并证实内生真菌可显著提高刺五加CaM基因的表达量,为阐明内生真菌提高刺五加三萜皂苷含量的机制奠定了基础。     

滇重楼鲨烯合酶基因PpSQS的克隆及在大肠杆菌中的表达

目的: 克隆滇重楼鲨烯合酶(squalene synthase,SQS)基因(PpSQS),对该基因进行序列分析及原核表达。 方法: 采用同源克隆和RACE技术获得PpSQS的cDNA,并对其进行生物信息学分析;构建原核表达载体pET-30b(+)-PpSQS,在大肠杆菌Escherich coli BL21(DE3)中进行诱导表达。 结果: PpSQS基因cDNA全长1 498 bp,包含1个1 212 bp的开放阅读框(ORF),可编码403个氨基酸;PpSQS理论标准分子质量为46.36 kDa,等电点为pI 6.83;SDS-PAGE分析表明,经1 mmol·L^-1 IPTG诱导后,重组PpSQS蛋白在大肠杆菌中获得表达。 结论: 首次获得了滇重楼PpSQS基因cDNA全长序列,该基因编码产物具有植物SQS同源蛋白的典型特征,实现重组PpSQS在大肠杆菌中的表达。     

珊瑚菜GlPS1、GlPS2基因克隆及表达分析

目的克隆珊瑚菜Glehnia littoralis补骨脂素合成酶(psoralen synthase,PS)基因全长cDNA序列,并进行生物信息学和表达量分析。方法在前期珊瑚菜转录组测序的基础上,筛选出表达量较高的2条PS基因GlPS1和GlPS2序列。利用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)方法对2个基因cDNA序列3’端进行克隆,DNAMAN拼接后得到基因全长cDNA序列,并对其编码蛋白进行生物信息学分析。利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测GlPS1和GlPS2基因的组织特异性表达。结果 GlPS1和GlPS2基因cDNA序列全长分别为1 885 bp和1 971 bp,编码495和502个氨基酸残基,蛋白相对分子质量分别为55 740.7和56 363.9,等电点为8.28和6.62,均属于细胞色素P450超家族,含有1个跨膜区,为亲水性蛋白。系统进化分析表明,GlPS1和GlPS2与伞形科欧防风Pastinaca sativa、旱芹Apium graveolens、大阿米芹Ammi majus PS蛋白亲缘关系较近。RT-qPCR结果显示GlPS1基因在根中表达量较高,在叶中表达量较低,而GlPS2基因在花中表达量较高,在根中表达量较低。结论首次获得珊瑚菜GlPS1和GlPS2基因的全长cDNA序列并进行了表达分析,为进一步开展珊瑚菜补骨脂素合成酶基因的功能和遗传调控机制研究奠定基础。     

铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A的克隆与表达分析

目的克隆珍稀濒危兰科药用铁皮石斛F-box蛋白基因即S期激酶相关蛋白(S phase kinase-associated protein)基因DoSKP2A,并进行生物信息学和表达特征分析。方法采用RACE技术获基因全长;利用生物信息软件预测基因编码蛋白的理化性质、结构域和亚细胞定位等分子特性;用DNASTAR 7.0和MEGA 7.0分别进行氨基酸多序列比对和进化树构建;借助定量PCR检测基因表达模式。结果克隆到DoSKP2A(GenBank注册号KU160472),c DNA全长1 507 bp,开放阅读框(ORF)长1 101 bp,编码蛋白含366个氨基酸,相对分子质量39 590,等电点7.9。DoSKP2A蛋白不含跨膜域和信号肽,包含F-box核心结构域(26～88)、亮氨酸重复序列LRR(202～226)和多个保守基序;Do SKP2A与植物SKP2As蛋白一致性为64.6%～72.4%,所在分支隶属于SKP2As分子进化的单子叶植物分支,与小兰屿蝴蝶兰SKP2A亲缘关系近;DoSKP2A基因转录本在石斛3种器官中为组成型表达,根中相对表达量较高,为叶中的6.16倍,茎中次之,叶中表达量很低。结论获得一个全新的铁皮石斛F-box蛋白基因DoSKP2A全长、生物信息及其表达特征,为研究其在铁皮石斛生长发育、信号传导和抗逆境胁迫的分子机制提供基础。     

药用植物珊瑚菜GlAT基因的克隆和生物信息学分析

目的:对药用植物珊瑚菜Glehnia littoralis BAHD酰基转移酶(Acyltransferase,AT)基因序列进行生物信息学分析。方法:用茉莉酸甲酯(MeJA)处理珊瑚菜幼苗,用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测GlAT候选基因的表达量,在已建立的珊瑚菜转录组数据中筛选出表达量较高且MeJA处理后上调表达的1条GlAT基因序列,对该基因cDNA序列进行全长克隆;根据所得的氨基酸序列进行蛋白质理化性质、二级结构、三级结构分析,利用MEGA 6.0构建该蛋白序列的NJ系统进化树。结果:GlAT的全长开放阅读框ORF(Open Reading Frame)为1443 bp,编码480个氨基酸。该蛋白相对分子质量为52844.14,等电点为6.92,为亲水性蛋白,属于转移酶超家族。珊瑚菜GlAT蛋白与同科植物胡萝卜Daucus carota subsp.sativus的AT蛋白亲缘关系最近。结论:首次获得珊瑚菜GlAT基因的ORF全长序列并进行了生物信息学分析,为进一步开展该基因的功能和遗传调控机制研究奠定了基础。     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆及生物信息学分析

目的 克隆竹节参Panax japonicus鲨烯环氧酶基因（squalene epoxidase,PjSE）的全长cDNA序列,进行生物信息学分析和原核表达。方法 设计特异性引物,从竹节参中克隆得到PjSE序列;以PjSE基因序列作为输入数据,利用多序列同源比对等生物信息学分析工具进行序列分析;构建重组原核表达载体pCold-PjSE,转化至大肠杆菌BL21(DE3)中进行蛋白诱导表达;采用实时荧光定量PCR技术分析该基因在竹节参不同组织中的相对表达量。结果 PjSE基因开放阅读框长度为1884 bp,编码627个氨基酸,PjSE蛋白相对分子质量为68 639.49,初步预测其具有跨膜结构域,可能定位在叶绿体上;聚丙烯凝胶电泳结果显示诱导表达蛋白的相对分子质量大小与预期结果一致;该基因在竹节参叶中表达量最高,须根次之,根中表达量最低。结论 PjSE基因的克隆、生信分析及原核表达研究,不仅有助于丰富竹节参中该类功能蛋白的种类和数量,完善竹节参皂苷类成分的生物合成途径,也为后期开展竹节参皂苷的异源合成提供了可供选择的关键基因元件。     

三七法呢基焦磷酸合酶的基因克隆及序列分析

目的对三七法呢基焦磷酸合酶(FPS)进行基因克隆及序列分析。方法采用cDNA末端快速扩增法,以三七根总RNA为模板扩增出三七FPS基因。结果序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长1 409 bp,开放阅读框共编码343个氨基酸残基,推测的氨基酸序列与积雪草、灰白银胶菊、黄花蒿的FPS的氨基酸序列同源性最高,分别达95%、87%、86%。结论首次分离并报道了三七FPS cDNA克隆,为进一步研究三萜皂苷生物合成机制及其在提高植物药用价值方面的应用奠定基础。     

刺五加亚精胺合成酶基因的克隆及内生真菌对其表达的影响

目的 克隆刺五加亚精胺合成酶(spermidine synthase,SPDS)基因,并分析内生真菌对其表达的影响.方法 采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加SPDS基因全长cDNA序列.运用生物信息学方法对该基因进行分析.RT-PCR法检测内生真菌菌株P116-1a、P116-1b、P109-4和P312-1对SPDS基因表达的影响.结果 刺五加SPDS基因的cDNA全长为1 541 bp,开放阅读框长1 002 bp,编码333个氨基酸的蛋白,包含SPDS家族的基本结构和标志性序列.RT-PCR结果显示,内生真菌可显著提高刺五加SPDS基因的表达量(P＜0.05),最大表达量出现在菌株P116-1b回接90 d时,是对照的2.06倍.结论 首次克隆了刺五加SPDS基因的cDNA全长序列,并证实内生真菌可显著提高刺五加SPDS基因的表达,为阐明内生真菌提高刺五加三萜皂苷量的机制及刺五加的抗逆性改良奠定了基础.