长春花萜类吲哚生物碱生物合成途径中重要酶(DXR、SLS、G10H、STR)基因的克隆与表达

以分离提取的2周龄长春花植物幼苗总RNA为模板,经两步Gateway-PCR反应扩增得到长春花萜类吲哚生物碱合成途径中编码重要酶：5—磷酸脱氧木酮糖还原酶（DXR）、次番木鳖苷合成酶 （SLS）、牻牛儿醇-10羟化酶（G10H）和异胡豆苷合成酶（STR）的cDNA 基因片段。利用BP重组酶将扩增片段克隆到Gateway化的入门载体pDONR201中,并进行测序验证。测序后的基因通过 LR重组酶的作用转移到带有HIS标签的目标载体pETG10A中,构成重组表达质粒,转化大肠杆菌BL21（DE3）,经IPTG诱导得到了高效表达,通过Ni-TED树脂纯化方法得到了高纯度的蛋白。     

长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进展

对长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进行了综述。研究人员为探索利用长春花大量生产抗肿瘤药物长春碱和长春新碱等,对长春花吲哚生物碱的合成途径展开了深入的研究,克隆和鉴定了多个编码合成途径关键酶的基因,并研究了相关转录因子对该合成途径基因表达的调控作用;另外,一些关键基因和转录因子已被用于长春花吲哚生物碱代谢途径的遗传改造,相关研究显示利用基因工程手段提高长春花药用成分含量的可行性。     

长春花萜类吲哚生物碱含量测定及相关基因的表达分析

采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)对23个长春花品种中的重要萜类吲哚生物碱文多灵、长春质碱和长春碱含量进行了测定,发现这3种生物碱的含量在不同品种中存在较大差异。相关性分析表明,文多灵、长春质碱和长春碱这3种生物碱中,文多灵含量和长春碱含量有极显著的相关性(P0.01)。利用RT-PCR分析了香叶醇10-脱羧酶基因(g10h)和异胡豆苷合成酶基因(str)在萜类吲哚生物碱含量有显著差异的品种之间的表达水平差异,并结合生物碱含量数据结果,发现g10h和str的表达水平和文多灵和长春质碱的总含量有显著的正相关性(P0.05),说明g10h和str基因可以作为长春花中文多灵和长春质碱含量的参考基因标记。该研究对为选育高萜类吲哚生物碱含量长春花品种及长春花萜类吲哚生物碱代谢工程具有重要意义。     

长春花生物碱生物合成途径和相关酶及其基因调控的研究进展

从长春质碱、文多灵、蛇根碱和阿吗碱及长春碱、长春新碱等的生物合成途径和催化酶及其基因的表达调控等方面概述了长春花生物碱的生物合成途径和代谢调控的研究进展,并对已经被分离和纯化或克隆的催化酶及其基因作了简要介绍。     

萘醌-氧吲哚生物碱coprisidins生物合成途径的研究

[目的] 新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins（A和B）分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性。作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为II型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知。[方法] 本研究对coprisidins的产生菌Streptomyces sp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径。[结果] Streptomyces sp.SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶（PKS）相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个II型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KS_β（CopB）的序列比对表明coprisidins的II型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链。[结论] Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由II型PKSs催化形成,我们推测丁酰CoA是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架。本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了II型PKSs合成产物的结构多样性。     

长春花细胞培养与吲哚生物碱的生产

本文简要介绍长春花细胞培养与吲哚生物碱生产的研究概况,包括培养方法、培养系统、分析方法、培养条件的影响、高产细胞系的筛选和保存、生物碱的生物合成等方面。以求对我国的细胞培养工业化生产药用成分的研究有所借鉴。     

植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物的生长、发育过程中起着重要的作用。植物中的萜类化合物有两条合成途径:甲羟戊酸途径和5-磷酸脱氧木酮糖/2C-甲基4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径。这两条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶,其中关键酶的作用决定了下游萜类化合物的产量。植物类萜生物合成途径的调控以及该途径中关键酶的研究已成为目前国内外生物学领域的一大热点。综述了植物类萜生物合成途径和参与该途径的关键酶及其基因工程的研究进展,并展望了其应用前景。     

茉莉素介导的长春花生物碱次生代谢转录调控机制

萜类吲哚生物碱（terpeniod indole alkaloids, TIAs）是植物中产生的一类具有药理活性的次生代谢产物.药用植物长春花（Catharanthus roseus）因含有长春碱和长春新碱等重要的抗肿瘤萜类吲哚生物碱而成为研究TIAs次生代谢的主要模式植物.应用正、反向遗传学和各种代谢组学技术对长春花TIAs次生代谢途径及其调控进行了较深入的研究,相继鉴定了参与TIAs代谢途径调控的CrORCAs、CrMYCs、CrZCTs和CrWRKYs等转录因子,特别是发现茉莉素（jasmonates, JAs）介导TIAs生物合成的转录调控网络. 本文以长春花TIAs生物合成途径为模式,重点论述其代谢途径中的关键酶、参与调节的转录因子,尤其是茉莉素介导的调控网络及机制,解析植物中这些天然抗癌生物碱合成积累水平低的制约因素和组织细胞特异性,讨论基于这些新知识的长春花抗肿瘤TIAs代谢工程策略和工厂化绿色生产前景.     

药用植物长春花WRKY转录因子的鉴定及表达谱分析

WRKY是调控植物生长发育和逆境胁迫反应等生命活动的一个转录因子大家族.然而,有关药用植物长春花CrWRKY转录因子的种类和功能却知之甚少.从26 009个长春花蛋白中鉴定出47个CrWRKY转录因子.依据WRKY结构域和系统进化,将CrWRKY分为G1、G2和G3三大类群.表达谱数据分析表明,长春花CrWRKY基因的表达具有器官特异性.47个CrWRKY基因的表达谱可分为3种表达模式:第1类型主要在花、甲基茉莉酸甲酯(MeJA)或酵母提取物(YE)处理的原生质体中高表达;第2类型主要在茎和毛状根中高表达;第3类型在根、茎、叶、幼苗和MeJA处理的毛状根中高表达.进一步用实时定量PCR检测了16个代表性CrWRKY基因在不同器官、MeJA处理原生质体和毛状根中的表达模式,检测结果与上述数字基因表达谱数据基本一致.约1/3以上CrWRKY基因的表达受MeJA和YE的调控,暗示它们可能参与萜类吲哚生物碱的合成和逆境胁迫反应.为进一步解析长春花WRKY转录因子的功能和萜类吲哚生物碱合成调控的网络奠定了基础.     

植物萜类化合物的生物合成及应用

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物生长、发育过程中起重要作用。植物中的萜类化合物有2条合成途径,即甲羟戊酸途径和甲基赤藓糖醇磷酸途径。这2条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶。植物萜类化合物不仅在植物生命活动中起重要作用,而且具有重要的商业价值,被广泛用于工业、医药卫生等领域。     

The proton-pumps at the plasmalemma of Catharanthus roseus cells

Cultured Catharanthus roseus cells exhibit transmembrane ferricyanide (FIC) reduction which is associated with a proton translocation and a decrease in the ATP content of the cells. The H+ efflux and the ATP consumption may be counteracted by vanadate, a specific inhibitor of the ATPase activity, and by Na2WO4 which prevents FIC reduction. From these data it is concluded that the redox chain could be coupled with ATP hydrolysis for electrogenic proton extrusion which may involve a redox control mechanism for the plasmamembrane ATPase.     

长春花丙二烯氧化物合酶基因的克隆与表达

利用RT-PCR和RACE相结合的方法,从长春花中克隆了丙二烯氧化物合酶(AOS)基因。结果显示:长春花AOS基因(CrAOS)cDNA全长为2 118bp,包括5′和3′非翻译区,polyA尾和一个长1 638bp的开放阅读框,其基因组中不含内含子;CrAOS基因编码的蛋白含545个氨基酸。多重比对表明CrAOS蛋白与其他的AOS蛋白具有较高的相似性,CrAOS蛋白序列中含有AOS家族应有的保守氨基酸残基。Southern杂交表明:CrAOS基因在长春花中为低拷贝。qRT-PCR结果显示:CrAOS在各个组织均有表达但表达量存在差异,在老叶中最高,在幼花中表达最低。对长春花幼苗进行不同处理,结果表明:伤害、低温、甲基茉莉酸、乙烯利处理等可使CrAOS基因表达量显著提高,水杨酸处理对基因表达影响不大。     

Biotransformation of phenolic compounds by the cultured cells of Catharanthus roseus

The cultured cells of Catharanthus roseus were able to convert 2-, 3-, and 4-hydroxybenzyl alcohols into their corresponding hydroxybenzyl-β- -glucopyranosides or β- -glucopyranosylbenzyl alcohols, and then convert 2- and 3-hydroxybenzyl-β- -glucopyranosides into primeverosides and vicianosides. Further, the C. roseus cells were capable of hydroxylation of 2-hydroxybenzoic acid to afford 2,5-dihydroxybenzoic acid and then glucosylation of the newly introduced phenolic hydroxyl group.     

Cytochrome P-450 inducer/inhibitor effects on cell cultures of Catharanthus roseus

Cytochrome P-450 inducers phenobarbitone and β-naphthoflavone and cytochrome P-450 inhibitor ketoconazole were examined for their effect on Catharanthus roseus. Treatment was during growth on medium M3 which supports alkaloid synthesis. The inhibitor ketoconazole was found to inhibit serpentine accumulation prior to an effect on growth, while the inducers inhibited growth and in the case of phenobarbitone increased serpentine accumulation. No direct evidence of induction or inhibition of plant cytochrome P-450 is shown and the results are discussed in relation to possible effects on geraniol hydroxylase and other plant cytochromes P-450.     

The expression of Terpenoid Indole Alkaloid (TIAs) pathway genes in Catharanthus roseus in response to salicylic acid treatment

Molecular Biology Reports - Vinblastine and vincristine are two important anti-cancer drugs that are synthesized by the Terpenoid Indole Alkaloids (TIAs) pathway in periwinkle (Catharanthus...     

ATP:AMP phosphotransferase activity, a new characteristic of Catharanthus roseus tonoplasts

The ATPase activity of Catharanthus roseus tonoplasts was examined using HPLC separation and quantification of adenine nucleotides. ATP seemed to be degraded into ADP and AMP by tonoplast vesicles. When ADP was the initial substrate, the appearance of AMP and concomitant ATP synthesis were observed; these reactions were inhibited by Ap⁵A. The apparent degradation of ATP into AMP was also inhibited by Ap⁵A. These results indicated that AMP arose from an ATP:AMP phosphotransferase activity and excluded the possibility of the hydrolysis of ADP into AMP by the tonoplast ATPase. AMP was degraded by the microsomal fraction from protoplasts or by the cytosol while the tonoplast vesicles did not hydrolyze it. This observation was used to assess the purity of tonoplasts.     

Application of high-performance liquid chromatography to the determination of vinblastine in Catharanthus roseus

A method for the determination of vinblastine in Catharanthus roseus by HPLC is described. A crude alkaloid extract, obtained by extraction of leaves with toluene, 2% citric or tartaric acid and benzene, was separated by TLC. The vinblastine fraction was cut out and vinblastine was eluted from the sorbent. The amount of vinblastine was determined by HPLC with peak-height measurement. The standard deviation is 0.2 μg/ml. The detection limit is 0.05 ng of vinblastine in a sample applied to the HPLC column.     

Effect of cytokinins on the phospholipid phosphorylation of the suspension cultured Catharanthus roseus cells

Previous work has shown that the components (phosphorylated phosphatinositols) and enzyme activities (phosphatidylinositol kinase and diacylglycerol kinase) of the phosphatidylinositol (PI) cycle are present in suspension cultured Catharanthus roseus cells. The phospholipid kinase activities can be determined in situ by phosphorylation with labeled exogenous ATP. Incorporation of ³²P into phosphorylated PI and phosphatidic acid, the products of PI kinase and diacylglycerol kinase, is reduced in the presence of low cytokinin concentrations; the concentrations for 50% inhibition are in the range 1 μM. The molecular targets of this phytohormone action are discussed.     

长春花茉莉酸-异亮氨酸合成酶CrJAR1生物信息学分析与原核表达

长春花(Catharanthus roseus)可以产生多种萜类吲哚生物碱,其中包括多种天然的抗癌药物,但合成含量很低,茉莉酸信号通路可以调控这些萜类吲哚生物碱的生物合成,茉莉酸-异亮氨酸合成酶为茉莉酸信号通路中的关键元件。为了研究其功能,该文以长春花叶片为材料,分析了CrJAR1基因所编码的氨基酸序列,并进行原核表达。结果表明:CrJAR1基因编码了585个氨基酸,该蛋白不存在跨膜区域,定位于细胞质中,且该蛋白不含有信号肽;进一步系统进化树分析表明,长春花CrJAR1与笋瓜和番木瓜的JAR1同源性最高;对二级、三级结构进行预测,发现CrJAR1蛋白主要由α-螺旋构成;同时,成功构建了pET-30b-CrJAR1重组表达质粒,并经IPTG诱导后在大肠杆菌BL21中异源表达,经16、37℃分别诱导至16 h后,均显示出最高的表达量。综上结果,对长春花中CrJAR1蛋白进行生物信息学分析,并成功在大肠杆菌中进行异源表达,这对体外该蛋白功能的研究具有深远影响,为调节茉莉酸信号通路甚至调控长春花中次级代谢产物的生物合成提供了指导。