中粒咖啡萜类合成酶基因家族的生物信息学分析

萜类化合物具有重要的生理、生态作用和药用价值,萜类合成酶(TPS)是合成萜类化合物的关键酶。通过整合中粒咖啡(Coffee canephora)的基因组和转录组数据,利用生物信息学方法,鉴定出43个萜类合成酶全长基因,并对这些基因的分子进化、结构、复制、表达及功能分化的机理进行了探究。结果表明,中粒咖啡萜类合成酶基因可以分为5个亚家族(a、b、c、e/f、g),不同亚家族的基因结构差异很大;串联复制是基因家族扩增的主要原因;表达分析结果表明,萜类合成酶基因在不同组织中的表达差异明显;中粒咖啡萜类合成酶基因启动子区的顺式调控元件可能与基因的功能分化相关;不同亚家族之间的功能差异主要由亚家族特异的氨基酸决定。     

代谢相关酶过表达对CHO细胞瞬时表达anti-hLAG3的影响

为提高CHO细胞重组蛋白表达量,对比研究了过表达代谢相关酶丙酮酸羧化酶(PYC2)、苹果酸酶Ⅱ(MDH2)、丙氨酸转氨酶1(ALT1)、鸟氨酸转氨甲酰酶(OTC)、氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS Ⅰ)和代谢相关蛋白牛磺酸转运蛋白(TAUT)及透明颤菌血红蛋白(VHb)对ExpiCHO-S瞬时表达anti-hLAG3的影响...     

番茄TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP基因家族是与植物有关的转录因子家族,它对植物的生长和发育有重要作用。为了揭示番茄TCP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄TCP转录因子家族。结果表明,番茄TCP基因家族共有36个成员;进化分析表明,TCP基因家族可分为2组:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ又可以分成CIN和CYC/TB1两个小组;基因结构分析表明,家族成员有1~3个外显子构成;序列分析表明这些家族成员都含有高度保守的b HLH结构域,有的还含有R结构域。这些结果有助于今后揭示番茄TCP基因家族成员的功能。     

咖啡因体内代谢及其应用的研究进展

咖啡因是从茶叶、咖啡果中提取出来的一种生物碱,常用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。咖啡因体内代谢过程复杂,现已发现咖啡因的15种代谢产物,参与代谢过程的酶类也被逐一证实。尿液咖啡因代谢产物比率(UCMRs)常用于多种药物代谢酶活性的评估,主要包括CYP1A2、CYP2A6、N-乙酰转移酶和黄嘌呤氧化酶,咖啡因及其代谢产物检测方法也逐步得到改进与更新。总之,咖啡因与人类健康密切相关,以及其重要的科研应用价值,一直受到普遍关注。     

蓝莓磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因cDNA克隆及表达分析

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPCase,EC4.1.1.31)在植物代谢过程中发挥重要作用。本研究从蓝莓果实中克隆到磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶编码基因VcPEPC。该基因开放阅读框全长为2 907 bp,可编码968个氨基酸,分子量为110.59 kD。由于该蛋白具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶结构特征,认为VcPEPC属于PEPcase家族(pfam00311)。二级结构预测表明,VcPEPC蛋白序列含有双螺旋(54.44%)、扩展链(11.67%)、β转角(6.71%)以及无规则卷曲(27.17%)。进化树分析发现VcPEPC与瓜、蓖麻和葡萄遗传距离较近。反转录PCR分析表明,VcPEPC基因在蓝莓根、茎、叶、花、果实中均有表达。在奥尼尔叶片中的表达量高于蓝丰、布里吉塔和夏普兰,在夏普兰绿色大果中表达量较高,成熟后基因表达下调。     

菊芋蔗糖代谢相关产物与关键酶基因对高温的响应

蔗糖是一类重要的碳水化合物,其代谢与植物生长发育及抵抗胁迫等有密切的关系。蔗糖合成酶(SUS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)与蔗糖转化酶(INV)是参与蔗糖代谢的三类关键酶。本研究依据转录组测序数据,从能源植物菊芋中鉴定了2个SUS、2个SPS和7个INV基因(GenBank No:MK386943-53)。生物信息学分析表明,菊芋SUS、SPS和INV的氨基酸序列与其他物种具有较高的相似性,均属于亲水性蛋白。在25、30°C处理10、15、20 d的菊芋幼苗叶片中,这三种基因家族成员呈现不同的表达模式;除可溶性总糖含量减少外,果糖、蔗糖、蔗果三糖等含量没有发生明显变化。表明高温下幼苗蔗糖代谢关键酶基因发生了响应,蔗糖代谢处于平衡状态,显示了菊芋对高温的良好耐受性。     

番茄多胺氧化酶(PAO)基因家族鉴定及表达分析

该研究通过生物信息学手段,从番茄基因组中鉴定出11个编码多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)的家族基因(命名为SlPAO1~11),分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ);基因结构分析、蛋白质二级结构预测、亚细胞定位预测结果均显示,SlPAOs基因家族具有明显的亚家族分类特征。序列和进化分析结果显示,亚家族Ⅰ和Ⅱ中的SlPAO1~8属于典型的PAO基因,而亚家族Ⅲ中的SlPAO9~11编码蛋白还含有特异性的SWIRM结构域,SlPAO9~11属于组蛋白赖氨酸特异性脱甲基化酶,而非真正的PAO。选取上述鉴定的8个典型SlPAO基因(SlPAO1-8),采用qRT-PCR技术对SlPAO1-8基因在不同组织中(干燥种子,新鲜的真叶、子叶、茎、根)的相对表达分析显示,SlPAO1-8在不同组织中的表达水平差异显著,推测SlPAOs基因家族的组织表达多样性与功能多样性之间可能具有一定的相关性。     

番茄AS2基因家族的系统进化分析

AS2基因家族是一类直接参与转录调控并广泛存在于植物中的转录因子家族,能够调控植物生长发育和抗逆境胁迫过程。本研究通过分析番茄基因组,鉴定了番茄中具有特定结构域的AS2基因,并利用生物信息学手段对番茄AS2基因的系统进化、染色体定位以及基因结构等信息进行了分析。系统进化分析共鉴定了45个番茄AS2基因家族成员,分成5个亚类。亚细胞定位分析表明,该家族基因主要分布在细胞核上。染色体定位揭示了AS2基因分布于10条染色体上,基因主要以片段复制的方式进行扩增。本研究为进一步探究番茄和其他物种中AS2基因功能奠定了基础。     

青稞HD-Zip基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达特性

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper, HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为HvvHD-ZipⅠ-1～Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-ZipⅠ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组...     

茄科植物木糖转移酶家族基因挖掘与进化分析

木糖转移酶在植物多糖合成以及蛋白糖链修饰中起重要作用。本研究试图从全基因组水平上系统鉴定植物木糖转移酶基因保守结构域,并挖掘茄科植物中木糖转移酶家族基因新成员。研究中选取了5种茄科植物,分析鉴定了茄科植物中的木糖转移酶基因及其保守结构域,并构建得到了系统发育树。系统鉴定获得了54条木糖转移酶家族基因。其中,矮牵牛基因组中含有6条家族成员,而在本氏烟中含有11条成员。本家族成员可分为5个亚家族,其中的两个亚家族各自能进一步分为两个显著的独立枝。在鉴定得到的基因中,仅有2条拟南芥基因功能得到了鉴定,分别参与蛋白糖基化和种皮多糖合成。拟南芥每条木糖转移酶基因仅含有1个保守结构域,而此结构域覆盖各基因大片区域。各基因编码蛋白分子量较大,且表现较强的疏水性。本研究为今后针对茄科植物木糖转移酶的深入研究提供了基因靶标。     

决明查尔酮合成酶基因的克隆及序列分析

以决明(Cassia tora)为实验材料,利用RT-PCR和RACE技术,从决明嫩叶中克隆出查尔酮合成酶(Chal-one synthase,CHS)基因,其cDNA全长为1 459 bp,编码一个由390个氨基酸残基组成的多肽.氨基酸序列分析表明,决明CHS基因的氨基酸序列中含有44.61%的中性疏水氨基酸,29.74%的中性亲水氨基酸,12.56%的酸性氨基酸和13.O8%的碱性氨基酸.决明CHS基因的氨基酸序列中具有CHS家族酶系的氨基酸保守残基,包括结合底物CoA的结合残基及催化聚酮合成的催化残基,表明其可能参与聚酮化合物的合成.决明与其它植物CHS的氨基酸序列的进化分析表明,其与同为豆科决明属的翼叶决明(Cassia alata)的同源性较近,并且CHS家族可以分为CHS亚家族与非CHS亚家族.将得到的序列提交GenBank,登录号为EU430077.     

精氨酸在代谢中的作用

精氨酸(arginine)是碱性氨基酸,按化学结构,它的名称应是α-氨基-δ-胍基戊酸。这种氨基酸是人体蛋白质的正常组成成份,参与一些与氮转移、贮存和排泄有关的代谢反应,并有调节激素释放的作用。本文主要介绍精氨酸在代谢中的作用和人体对它的需要。精氨酸的生物合成一、精氨酸合成途径精氨酸以鸟氨酸、NH_3、CO_2和门冬氨酸为原料合成。合成过程中需要ATP供给能量,由氨基甲酰磷酸含成酶Ⅰ(CPSI),鸟氨酸氨基甲酰转移酶(OTC),精氨酸代琥珀酸合成酶(A-SS)和精氨酸代琥珀酸裂解酶(AS-Lase)催化,这四种酶主要分布在肝脏中,其活性因摄取氮的多少而增减。     

蒜头果中CYP71基因克隆与果实不同发育时期的表达分析

由氨基酸衍生的氰苷是由植物细胞色素P450单加氧酶(CYP)催化氨基酸生成的次生代谢产物,与植物的防御和抗逆境胁迫相关。该研究通过分析蒜头果转录组数据,从中分离并克隆得到1条细胞色素P450基因(命名为MoCYP71,GenBank登录号为MK172858),对其进行生物信息学分析并检测该基因在果实不同发育时期的表达情况。结果表明:MoCYP71基因含1 572 bp,编码523个氨基酸,该基因的cDNA序列与咖啡(Coffea eugenioides,XM_027319282)、小果咖啡(Coffea arabica,XM_027213456)中的CYP71基因的mRNA序列均有88%的一致性; MoCYP71蛋白的相对分子质量为58 976.54,理论等电点pI为8.10,分子式为C_(2675)H_(4184)N_(704)O_(744)S_(27),不稳定系数(Ⅱ)为40.84,是一种不稳定蛋白;该蛋白不存在信号肽,存在于分泌途径,含有两个跨膜结构,分别位于20～37和311～333位的氨基酸为跨膜疏水螺旋,锚定于细胞器上;该蛋白含有CYP家族的保守结构域,包括脯氨酸富集区(PPSPPRLP)、K螺旋(KETFR)、I螺旋(GGIDTS)、PERF域(PERF)和识别结构域血红素结合域(FGAGRRICPG),与可可、榴莲、高粱等的CYP71E家族的蛋白(GenBank登录号分别为EOX92908.1、XP_022773875.1和AAC39318.1)聚为一支;在花谢后,MoCYP71基因表达量逐渐降低,花谢后1个月2个月3个月,但在花谢后4个月的表达量急剧增加。以上结果对研究蒜头果的对虫害的防御、组织成熟及蒜头果中有效次生代谢产物的发掘具有重要意义。     

糜子黄、黑种皮遗传及转录组学分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper,HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为i>HvvHD-ZipⅠ-1~Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,i>HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-Zip Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组织相比,多数i>HvvHD-Zip基因在叶组织中响应明显(上调或下调);与冷和盐胁迫相比,i>HvvHD-Zip各基因对旱胁迫响应较强。     

甜瓜海藻糖-6-磷酸合成酶基因鉴定及表达

为了明确甜瓜海藻糖-6-磷酸合成酶基因(CmTPS)家族信息及对逆境信号的响应,该研究采用生物信息学方法,通过拟南芥TPS家族基因与甜瓜基因组数据库比对,从甜瓜基因组中共鉴定出7个海藻糖-6-磷酸合成酶基因,按照其在染色体上的位置分别命名为CmTPS1~7。系统进化分析结果显示,CmTPS4和CmTPS7为第1类,二者均含有16个内含子,推测其编码产物均具有海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)活性;其余5个CmTPS基因归为第2类,分别含有2~4个内含子;在这7个甜瓜TPS中,除CmTPS3只有TPS结构域外,其余CmTPS都含有TPS、TPP及UDP-forming结构域;蛋白序列比对结果显示,甜瓜TPS家族各成员间相似性较低(15.90%~57.31%);亚细胞定位预测表明,CmTPS1、CmTPS2和CmTPS6定位在细胞核内,其余4个CmTPS定位在细胞质内。qRTPCR表达分析表明,低温胁迫下甜瓜叶片可能以CmTPS4为主要的TPS编码基因;CmTPS基因家族对盐胁迫较为敏感,同时在ABA信号传递中起调控作用。这为进一步研究甜瓜TPS基因家族奠定了基础。     

植物AP2/ERF转录因子家族的研究进展

作为植物最大转录因子家族之一,AP2/ERF转录因子广泛存在于植物中,并因其在基因育种等方面具有重要作用而倍受关注。AP2/ERF转录因子家族成员至少含有一段60个左右氨基酸构成的AP2保守结构域,根据结构域的数量和识别序列的不同可以将其分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 5个亚家族,且在拟南芥、水稻、玉米和番茄等植物中,AP2/ERF转录因子及其各个亚家族成员的数量各不相同。研究发现,AP2/ERF转录因子可通过响应乙烯、细胞分裂素和生长素的调节从而直接或间接参与种子发育过程、花和果实等器官的形态建成等植物发育的多个进程;除了初生代谢,AP2/ERF转录因子还在植物次生代谢尤其是在调控药用植物主要药用活性成分(如青蒿素、紫杉醇和木质素)合成方面效果显著。同时,有报道称拟南芥AP2/ERF基因具有正向调节抗灰霉病的功能,一些AP2/ERF基因也被报道在植物应对高盐、干旱、缺氧、低温等非生物胁迫方面具重要功能;另外,AP2/ERF类转录因子还参与了乙烯等介导的非生物信号传导。介绍AP2/ERF转录因子的结构分类特征、在不同植物中的数量分布,并阐述其在植物发育、次生代谢、生物与非生物胁迫和信号传导等方面的研究进展,以期为培育出兼具高产、抗病的实用型转基因作物提供理论依据。     

大蒜半胱氨酸合成酶的mRNA表达及生物信息学分析

半胱氨酸合成酶的产物半胱氨酸是植物中含硫氨基酸的重要来源,大蒜中含硫氨基酸丰富,研究大蒜半胱氨酸合成酶的性质及生物学功能以明确其在大蒜硫代谢中的作用。利用生物信息学技术分析从NCBI数据库中获得的3个大蒜的半胱氨酸合成酶基因(AsGCS2、AsGCS3和AsGCS4)的开放阅读框,预测其蛋白序列、分子量大小、蛋白质特性、亚细胞定位、系统进化等特征;通过荧光定量PCR分析了3个半胱氨酸合成酶的组织表达特性。结果显示,AsGCS2、AsGCS3和AsGCS4的开放态读码框长度分别为1 152 bp、1 296 bp和1 236 bp;其编码蛋白的理论相对分子量分别为40.6 k D、34.1 k D和36.1 k D。AsGCS2被亚细胞定位于叶绿体中,而AsGCS3和As GCS4均被定位于细胞质中。氨基酸比对结果表明,AsGCS2与AsGCS3相似度为70%,与AsGCS4相似度为59%;而AsGCS3与As GCS4相似度为68%。进化分析图表明,AsGCS2属于Bsas2亚家族,AsGCS3属于Bsas1亚家族,AsGCS4属于Bsas6亚家族。荧光定量PCR结果表明,大蒜不同CSase的组织特异性是不同的,AsGCS2在叶中表达量最高,ASGCS3在根中表达量最高,而ASGCS4在叶和根中都有较高的表达量。3个半胱氨酸合成酶基因分别属于不同的Bsas亚家族,它们的组织表达特性也不相同,它们在大蒜不同组织中的半胱氨酸合成途径中起作用。     

茉莉酸信号途径中转录抑制因子JAZ蛋白家族的分子进化分析

茉莉酸在植物的生长发育、应激反应和次生代谢过程中起着重要的调控作用。转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白则是茉莉酸信号从SCF^coi1受体复合物向下游茉莉酸应答基因转导的纽带。采用比较基因组学的方法。从多谱系的角度对植物JAZ蛋白家族进行分子进化分析并取得以下研究结果。（1）在藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及单、双子叶植物6个不同谱系的15种代表植物基因组中,鉴定了82个JAZ同源基因,其中在低等藻类植物基因组中没有鉴定到JAZ同源基因,提示JAZ家族基因可能起源于陆生植物。（2）系统发育分析表明,在植物基因组中JAZ蛋白家族可分为10个保守的亚家族,而谱系特异扩增尤其是串联重复和区段重复可能是陆生植物JAZ家族基因扩增与进化的主要机制,并导致多个谱系特异的JAZ亚家族产生。（3）基因结构分析表明,JAZ家族基因含有0一7个数目不等、62—4222bp长度不等的内含子,提示在植物基因组进化过程中,JAZ家族基因可能发生内含-丢失或内含子插入缺失,进而导致基因外显子．内含子结构的多样性。该研究结果将为植物JAZ蛋白家族的深入研究提供参考。     

茶树单萜合成酶CsTPS基因的克隆及表达分析

该研究在茶树转录组测序的基础上,以‘铁观音’茶树品种的芽叶为供试材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树的1条单萜合成酶(TPS)基因全长cDNA序列,命名为CsTPS(GenBank登录号为KY829105)。CsTPS基因全长2 077bp,其开放阅读框(ORF)为1 752bp,编码583个氨基酸。CsTPS基因编码蛋白含有单萜合成酶蛋白特有的2个天冬氨酸富集基序及RRx8W、RxR保守基序,N端具有一段叶绿体转运肽。同源比对分析显示,CsTPS氨基酸序列与多种植物的单萜合成酶序列相似性较高,与黄胡萝卜α-松油醇合成酶、白簕柠檬烯合成酶、蓖麻单萜合成酶相似性分别为74%、71%和66%。系统进化树分析表明,CsTPS属于TPSb亚家族类型。荧光定量PCR结果显示,在白茶萎凋、乌龙茶做青、红茶发酵等加工过程中,CsTPS基因的表达量均有上调,推测CsTPS基因的表达与茶叶加工过程中茶叶香气形成密切相关。     

植物蔗糖磷酸合成酶研究进展

蔗糖磷酸合成酶(Sucrose Phosphate Synthase,以下简称SPS)是植物体内控制蔗糖合成的关键酶。植物体内蔗糖的积累与SPS活性正相关,SPS还参与植物的生长和产量形成,并在植物的抗逆过程中起重要作用。高等植物中至少存在A、B、C三个家族的SPS,而禾本科植物至少存在A、B、C、DIII和DIV五个家族的SPS。不同植物体内不同家族的SPS基因的表达特性不同,它们所发挥的功能也存在差异。SPS的活性在基因表达调控和SPS蛋白磷酸化共价修饰作用两个层面受到植物生长发育、光照、代谢产物、外源物质如激素和糖类等多种因素的复杂调控。转基因研究表明,转SPS基因是提高作物产量和品质、增强作物抗逆性的有效途径,值得深入研究。全面总结了国内外在植物蔗糖磷酸合成酶方面的研究进展,并提出问题与研究展望,期望为进一步研究并利用植物SPS基因改良作物品种提供参考。