紫色马铃薯类黄酮3，′5′-羟化酶基因（StF3′5′H）的克隆及分析

类黄酮3′,5′羟-化酶（ flavonoid 3′,5′-hydroxylase, F3′5′H）是植物花青素生物合成途径中的一个关键酶,紫色土豆（ Solanum tueb or sum） F3′5′H基因的克隆将为花青素合成调控和花青素代谢工程研究提供优质基因资源。研究采用RACE技术克隆了紫色土豆F3′5′H基因的cDNA全长序列,用生物信息学方法对其核苷酸和蛋白质序列进行了分析,并用半定量PCR 技术分析了F3′5′H基因在不同组织中的表达情况,同时研究了赤霉素和蔗糖处理后F3′5′H基因表达与花青素积累之间的相关性。研究结果表明,克隆的紫色土豆F3′5′H的cDNA全长为1854 bp,包含一个1530 bp的完整ORF,共编码509个氨基酸。生物信息学分析表明,StF3′5′H基因推测编码的氨基酸序列与其它植物的F3′5′H蛋白的相似性很高。 StF3′5′H基因的表达具有组织特异性,在紫色土豆根、茎和叶柄中都有表达,其中在叶柄中表达最强,而在块茎、叶轴和叶片中几乎检测不到StF3′5′H基因的表达。赤霉素和蔗糖能促进紫色土豆StF3′5′H基因的表达,进而促进花青素的积累。     

中国桔梗PgF3′5′H基因的克隆及表达分析

利用RT-PCR结合RACE技术,从中国桔梗(Platycodon grandiflorus)花朵中分离克隆了1个类黄酮-3′,5′-羟基化酶(flavonoid-3′,5′-hydroxylase,F3′5′H)基因的全长cDNA序列,命名为PgF3′5′H(GenBank登录号JQ403611)。PgF3′5′H基因全长1 787bp,包含1个编码532个氨基酸长为1 599bp的开放阅读框。蛋白序列比对显示,PgF3′5′H基因蛋白与其他物种的F3′5′H蛋白有很高的相似性,包含有CYP基序、Ⅰ螺旋区和血红素结合区等保守性序列,以及一段类似于风铃草F3′5′H蛋白的9个氨基酸的特殊区。半定量RT-PCR结果显示,PgF3′5′H的表达量随着花朵发育和花色素的出现而呈递增趋势,在花发育第四阶段的蓝色花蕾中达到最高,而在叶中不表达。研究推测,PgF3′5′H基因可能在中国桔梗蓝色花色素的生化合成途径中起重要作用。     

鹤望兰番茄红素β-环化酶基因SrLCYB的克隆及表达分析

采用RACE方法从鹤望兰(Strelitzia reginae Banks)黄色花萼中克隆到1个LCYB基因(lycopene beta-cyclase,Sr LCYB)。其c DNA全长为1 908 bp(Gen Bank收录号:KT428725),具有完整的开放阅读框(open reading frame,ORF),共1 515个碱基,编码504个氨基酸。鹤望兰Sr LCYB的氨基酸序列与其他物种都有一定的同源性,其中与百合的LCYB同源性最高,达到82%。系统进化树分析显示,鹤望兰Sr LCYB与芭蕉蛋白亲缘关系较近。应用荧光定量PCR分析表明,Sr LCYB在黄色花萼中高表达,且在花发育的始花期和盛花期表达量最高。应用UPLC(ultra performance liquid chromatography)对β-胡萝卜素含量进行分析,类β-胡萝卜素在黄色花萼中含量最高,且在花发育的盛花期含量最高。结果表明,Sr LCYB基因表达与β-胡萝卜素含量成正相关。     

蓝粒小麦花青素合成途径中的查尔酮合酶基因和类黄酮3′5′-羟化酶基因3′末端的克隆和表达分析

采用RT-PCR和RACE方法从蓝粒小麦(Triticum aestivum L.×Thinopyrum ponticum(Podp.)Z.W.Liu et R.R.-C. Wang)发育种子中克隆到两个查尔酮合酶基因(TaCHS.t1,TaCHS.w1),分别编码394个氨基酸,二者核苷酸和氨基酸序列的同源性分别为96.0%和98.9%;而且克隆到一个类黄酮3′5′-羟化酶基因(F3′5′H)3′-末端.分别从长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum(Podp.)Z.W.Liu et R.R.-C.Wang)、蓝粒小麦、白粒小麦和中国春基因组中分离到查尔酮合酶基因(CHS)的全长序列(ThpCHS.tg,TaCHS.bg,TaCHS.wg,TaCHS.csg),它们的核苷酸序列之间具有很高的同源性,且均含有一个内含子(intron),序列差异主要在内含子.通过DNA序列比较,发现一个CHS与亲本之一的长穗偃麦草基因组同源性达100%,一个CHS与另一白粒亲本基因组同源性达99%,表明来自于父、母本的CHS在蓝粒发育的种子中均表达.Southern杂交结果表明CHS在小麦中的拷贝数至少有4个,不同颜色的蓝粒小麦、白粒小麦间拷贝数基本一致,但都与长穗偃麦草有差异,根据以上结果初步判定CHS在蓝粒小麦中属于一个多基因家族.Reverse Northern分析表明CHS在开花后15 d发育的蓝粒小麦中具有较强的表达;花后21 d F3′5′H和DFR的转录本积累显著高于CHS,基本上检测不到CHS的表达.这三个基因在蓝粒小麦中的表达顺序与其他植物花青素合成途径中的基因表达次序一致:CHS先于F3′5′H,F3′5′H先于DFR.实验还表明F3′5′H和DFR在幼叶中表达也较强,CHS仅在发育种子中表达,具有组织特异性.花后21 d,F3′5′H在白粒、蓝粒小麦和中国春种子中均强烈表达,蓝粒小麦CHS和DFR转录本比白粒小麦多.因此,认为在蓝粒小麦中存在花青素生物合成途径,在蓝色色素形成过程中,该途径中的结构基因受到调节基因的调控.     

高丛蓝莓类黄酮3′-羟化酶基因F3′H的克隆及表达特性分析

以高丛蓝莓(Highbush blueberry)"喜来(Sierra)"和"日出(Sunrise)"为研究材料,通过RACE(rapid amplification of c DNA end,RACE)技术获得蓝莓(Vaccinium ssp.)F3′H基因的全长c DNA序列,并使用生物信息学工具对该基因编码蛋白的氨基酸组成及理化性质、二级和三级结构,以及氨基酸序列的相似性等进行了预测和分析。利用荧光定量PCR(RT-q PCR)手段来检测其在蓝莓果实不同发育时期表达情况。结果表明:Vs F3′H全长c DNA为1 871 bp,编码530个氨基酸,蛋白相对分子质量为58.33 k D,理论p I值为7.32;蛋白疏水性指数为0.004,属于疏水性蛋白,二三级结构预测可知其富含α-螺旋和无规则卷曲。RT-q PCR发现Vs F3′H主要在果实发育前期表达量较高,蓝果期表达量明显下调,且在不同品种中以蓝果期的表达量差异显著。这些研究结果为解析蓝莓果实色泽发育及果树分子育种奠定了理论基础。     

石榴果肉PgF3′5′H基因克隆及不同温度处理下的表达分析

为探讨不同温度处理对采后石榴果肉花青苷含量的影响及花青苷合成相关基因(F3′5′H)在石榴果肉花青苷生物合成途径中的作用,该研究以"玉石籽"石榴为试材,于不同温度(0℃、5℃、10℃、15℃)处理下测定石榴果肉花青苷含量,同时利用RACE技术克隆了石榴果肉花青苷合成相关基因,命名为PgF3′5′H,GenBank登录号为KU058892;并利用RT-PCR技术分析PgF3′5′H基因在不同贮期温度下石榴果肉中的表达特性。结果表明:(1)不同温度处理下,石榴果肉花青苷含量随着贮藏时间(0~56d)的增长呈上升趋势;在整个贮藏过程中,15℃条件下,花青苷含量最高,10℃次之,5℃和0℃则处于较低水平;15℃时花青苷含量在14d后表现不稳定。(2)PgF3′5′H基因全长cDNA为1 199bp,开放阅读框918bp,编码305个氨基酸,在N端36~39处含有细胞色素P450家族基因的特征保守氨基酸序列(CYP基序"PPGP");生物信息学分析表明,该基因编码的氨基酸序列与巨桉的EgF3′5′H2、麻风树的JcF3′5′H2和荷花的NnF3′5′H2氨基酸序列一致性分别高达86%、82%和81%。(3)在0℃、5℃、10℃处理条件下,石榴果肉PgF3′5′H基因表达量随着贮藏时间(0~56d)的延长均呈上升趋势,15℃处理下,石榴果肉PgF3′5′H基因表达量不稳定;石榴果肉PgF3′5′H基因表达与花青苷含量呈显著正相关关系。研究结果为深入探讨采后石榴果肉花青苷的含量变化奠定了基础。     

彩斑突变体菊花CmF3′Ha基因及启动子的克隆与分析

该研究以菊花彩瓣突变体CQ17 mu为材料,利用RT PCR克隆获得了类黄酮 3′ 羟化酶基因(F3′H),该基因开放阅读框全长1 527 bp,编码508个氨基酸,与已知的菊花CmF3′H相似性达到99%,故将其命名为CmF3′Ha。氨基酸序列分析表明,CmF3′Ha编码的蛋白具有保守的F3′H结构域,属于P450超家族。多重序列比对和系统发育分析表明,CmF3′Ha与其他菊花品种的F3′H亲缘关系最近。实时定量PCR分析显示,CQ17 mu花瓣中CmF3′Ha基因的表达水平显著高于CQ17的粉色花瓣,表明CmF3′Ha参与了CQ17 mu花瓣紫色条斑部位的花色素代谢。进一步利用染色体步移法克隆得到了CQ17 mu的F3′H基因上游1 086 bp的启动子区序列,经分析显示,该序列中除包含TATA box等核心启动子元件外,还包括多个MYB、MYC结合位点及多个光响应元件和激素应答元件。研究结果证明了菊花CmF3′Ha基因与植物花青素积累呈正相关,参与彩色条斑部分的花青素合成过程,为菊花的分子育种提供了理论依据。     

蝴蝶兰全长cDNA文库构建及F3′H基因克隆

以红色蝴蝶兰为材料,利用SMARTer技术构建蝴蝶兰全长cDNA文库,分析从文库中获得的EST序列,获得蝴蝶兰类黄酮3′羟化酶基因（PhF3′H）的全长,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR方法,研究PhF3′H基因在红色蝴蝶兰和黄色蝴蝶兰花瓣中的表达情况。结果表明:（1）从构建的蝴蝶兰文库中随机挑选24个单克隆进行测序,结果显示均含有插入片段,重组率为100.0%,其中扩增片段长度在750bp以上的克隆有22个,占91.7%。（2）获得的PhF3′H基因编码的氨基酸序列与大丽花（Dahlia pinnata,ADB₇7826.1）、毛油点草（Tricyrtis hirta,BAH₂2519.1）等多种观赏植物F3′H编码的氨基酸序列均具有较高的一致性。（3）实时荧光定量PCR检测结果显示,PhF3′H在红色蝴蝶兰中的表达量大约是黄色蝴蝶兰的19倍,说明该基因对蝴蝶兰花青素苷的积累有重要影响。该研究结果为蝴蝶兰新基因的挖掘及花色育种奠定了理论基础。     

棉铃虫羧酸酯酶基因的克隆、序列分析及组织表达

为了从分子水平上研究棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner) 对杀虫剂抗性的产生机理,本文通过RT PCR和RACE方法首次从棉铃虫中肠中克隆了一个羧酸酯酶全长cDNA序列。序列分析表明,该基因包含一个1 794 bp的开放读码框,129 bp的5′UTR和139 bp的3′UTR区域。该基因编码597个氨基酸, 推测编码蛋白质的等电点pI为4.92,分子量为67.1 kD,GenBank登录号为EF547544。通过对氨基酸的同源性分析表明,该羧酸酯酶与斜纹夜蛾Spodoptera litura羧酸酯酶的同源性最高,达60%。半定量RT-PCR分析表明,该基因在中肠组织中表达量最高,在脂肪体和生殖腺中表达量较低,在头部则不表达。推测该羧酸酯酶基因可能主要参与棉铃虫对外源物质的解毒代谢。     

华丽龙胆GsF3′5′H和GsFNS基因的克隆及表达分析

该研究以华丽龙胆(Gentiana sino ornata)5个不同开放阶段(H₁~H₅)的蓝色花冠为试材,利用RT PCR技术克隆GsF3′5′H和GsFNS全长序列,并进行生物信息学分析,比较GsF3′5′H和GsFNS在不同组织和不同开放阶段的基因表达模式。结果显示：(1)所克隆的GsF3′5′H和GsFNS基因分别包含1 560 bp和1 590 bp开放阅读框(OFR),并分别编码520和529个氨基酸。(2)结构分析显示,GsF3′5′H和GsFNS均具有典型的F3′5′H和FNSⅡ蛋白保守结构域。(3)系统进化树分析表明,GsF3′5′H和GsFNS亲缘关系最近的物种是三花龙胆(Gentiana triflora)。(4)qRT PCR结果显示,GsF3′5′H和GsFNS基因在根、茎、叶和花冠中均表达,其中GsF3′5′H基因在花冠H₃阶段表达量最高。GsFNS在根中表达量最高,其次在花冠H₄阶段两基因的表达均较高。研究推测,GsF3′5′H基因表达产生的飞燕草素苷和GsFNS表达产生的黄酮共着色作用可能使华丽龙胆的花冠呈更稳定艳丽的蓝色,为蓝色花分子育种提供重要的基因资源。     

观赏向日葵八氢番茄红素脱氢酶基因PDS的cDNA克隆与表达特性分析

采用RT-PCR和RACE技术从观赏向目葵‘闽葵3号’黄色花瓣中克隆到类胡萝卜素合成途径关键基因HaPDS的cDNA,该cDNA全长2017bp,具有一个1710bp的完整开放阅读框（ORF）,编码一个570个氨基酸的蛋白质。序列分析表明,HaPDS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,在N-端有一个辅助因子结合结构域,C-端有一个类胡萝卜素结合域。系统进化树分析显示,观赏向日葵HaPDS与万寿菊、菊花蛋白亲缘关系较近。实时荧光定量RT-PCR技术分析表明,胁肋路因在花发育的盛花期表达量最高;不同组织中的表达量舌状花瓣〉苞片〉叶片〉绿色管状花〉黑色管状花：随着基因表达量的增加,花色由白色到黄色、金黄色转变。     

牡丹开花相关基因PsAP1的克隆与表达

APETALA1基因对花器官的形成具有重要作用,并且能够调节花期.以牡丹品种赵粉(Paeoniasuffru-ticosaL.cv.Zhaofen)为试材,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中获得了1个牡丹APETALA1基因cDNA全长,命名为PsAP1,GenBank登录号为HM143943.其cDNA全长1103 bp,包含130 bp的5′非编码区、244 bp的3′非编码区和1个长度为729 bp编码242个氨基酸的开放阅读框.序列比对和系统进化分析表明,PsAP1与葡萄的亲缘关系最近,相似性达80%以上,属于MADS家族AP1/SQUA亚家族.相对荧光定量PCR分析表明,PsAP1在花瓣中的表达量最高,在雄蕊中表达量最低.     

牡丹二氢黄酮醇4-还原酶基因PsDFR1的克隆及表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花色素苷合成途径中的关键酶,在植物花色的形成过程中起重要作用。本研究以牡丹品种‘彩绘’为试材,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中获得了一个牡丹DFR基因cDNA全长,命名为PsDFR1,GenBank登录号为HQ283448。序列分析结果表明,PsDFR1全长1242bp,包含一个长为1095bp的开放阅读框,编码364个氨基酸。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白具有典型的DFR蛋白功能结构域,包括多个保守的短链脱氢/还原酶家族的特征位点,属于NADB_Rossmann超家族。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,PsDFR1与葡萄、棉花、毛果杨、梨等植物的DFR相似性都在75%以上。实时荧光定量PCR分析表明,PsDFR1在花色素大量积累的花瓣中表达量最高,其次是萼片和雄蕊,再次是叶片,在心皮中表达量最低。     

兜兰DEFICIENS(DEF)-和GLOBOSA(GLO)-like基因的克隆及表达分析

以‘同色兜兰’品种为材料,采用RT-PCR和RACE技术获得了DEFICIENS(DEF)-和GLOBOSA(GLO)-like基因的cDNA全长,命名为PcDEF和PcGLO,并用半定量RT-PCR和实时PCR研究了PcDEF和PcGLO在花芽发育过程和不同组织部位的表达特性。结果表明,PcDEF和PcGLO的全长cDNA分别为1 039bp和934bp,分别编码224和210个氨基酸;蛋白比对表明,PcDEF和PcGLO蛋白都具有典型MADS-box蛋白的MADS和K结构域;蛋白同源性分析显示,PcDEF和PcGLO与已登录的其它兰科植物的DEF/AP3和GLO/PI蛋白的相似性分别在75%～96%和87%～98%;系统进化树分析表明,PcDEF和PcGLO分别属于B类MADS-box蛋白家族的AP3和PI亚家族。表达分析显示,PcDEF和PcGLO在花芽发育中均有表达,PcDEF在成熟花、唇瓣和花瓣中的表达量高,在蕊柱、萼片、苞叶和根中次之,在花茎和叶中较低,在子房中几乎不表达;PcGLO在各组织中均有不同丰度的表达。