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。     

苦荞二氢黄酮醇4-还原酶的原核表达与多克隆抗体制备

苦荞二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)是花青素合成途径的关键酶。该研究以苦荞种子灌浆期cDNA为模板,采用RT-PCR方法克隆苦荞DFR编码基因,并将其连接到表达载体pET47b上,转化获得苦荞DFR编码基因的大肠杆菌BL21(DE3)工程菌,通过IPTG诱导表达,用SDS-PAGE分析表达产物,用亲和层析方法纯化蛋白,制备苦荞DFR多克隆抗体。RT-PCR技术获得了苦荞DFR编码基因的开放阅读框,重组表达载体经PCR和测序鉴定,表明表达载体构建成功,SDS-PAGE分析表达产物分别以可溶和不可溶的形式高效表达,亲和层析纯化得到融合蛋白,Western blotting显示,制备的多克隆抗体能特异识别其对应的抗原,天然的苦荞DFR蛋白在苦荞种子灌浆期中大量表达。苦荞DFR编码基因的原核表达与多克隆抗体的制备,为进一步开展DFR编码基因功能的研究奠定了基础。     

植物二氢黄酮醇4-还原酶基因的研究进展

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素合成途径的关键酶,在花色的修饰中起重要作用。我们简述了DFR基因及其调节基因的研究进展,构建的系统进化树体现了部分单子叶与双子叶植物间的亲缘关系与进化差异,阐述了DFR调控基因的调控机制及DFR基因的应用前景。     

高等植物二氢黄酮醇4-还原酶基因研究进展

花青素苷是影响植物花瓣呈色的重要色素,而花色是决定花卉观赏价值和商业价值的一个重要因素。在花青素苷的生物合成过程中,二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素苷生物合成下游途径中的第一个关键的酶。因此,DFR在高等植物花色的形成过程中发挥极其重要的作用,是形成花青素苷的一个非常重要的调控点。DFR对3种二氢黄酮醇底物具有选择特异性,但决定DFR底物特异性的分子机制目前仍不十分清楚。该文简单概述了花青素苷生物合成途径及其转录调控机制,并结合作者的工作重点综述了DFR的底物特异性以及克隆的DFR基因在植物基因工程中的应用。     

二氢黄酮醇 4 还原酶在花青素合成中的功能及调控研究进展

植物色素主要有花青素、类胡萝卜素和生物碱类色素三大类,其中花青素是决定大部分被子植物组织或器官颜色的重要色素。花青素通过类黄酮途径合成,该途径是生物学上研究较多且较为清楚的代谢途径之一。近年来的研究表明,在该途径中除了查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和黄烷酮-3-羟化酶(flavanone-3-hydrolase,F3H)起着关键作用外,二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)对花青素的合成也至关重要。DFR可催化3种二氢黄酮醇和2种黄烷酮生成5种不同的花青素前体,且DFR基因家族不同成员对各个底物的催化效率不同,因此它在一定程度上决定着植物中花青素的种类和含量,从而影响植物组织或器官的颜色。该文对近年来国内外有关DFR在花青素合成过程中的生物学功能与调控,包括DFR的特征、作用机制和系统进化以及环境、转录因子和一些结构基因与DFR的关系等方面的研究进展进行了综述,以期为DFR今后的研究和利用基因工程改变植物组织或器官的颜色提供理论依据。     

七彩红竹二氢黄酮醇4-还原酶基因IhDFR1的克隆及表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是植物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。依据七彩红竹转录组数据设计特异引物,采用ImPcR技术从七彩红竹中克隆获得了一个新的DFR基因cDNA全长,命名为IhDFR1（登录号为KF728205）。序列分析结果表明,IhDFR1基因cDNA全长945bp,编码314个氨基酸。生物信息学预测显示,该基因编码的蛋白具有典型的DFR蛋白功能结构域,存在2个特异结合位点,属于非Asn／Asp型DFR酶,与禾本科植物中的DFR具有较高的相似性。对不同发育时期七彩红竹的IhDFR1基因进行时空表达的结果显示,只有在竹秆颜色呈现红紫色时,IhDFR1基因才有表达。以上结果初步显示IhDFR1蛋白可能作为一个重要的酶参与竹秆花色素苷的代谢调控,同时为进一步研究七彩红竹花色素苷产生的分子机理和综合开发利用奠定了基础。     

红肉猕猴桃DFR基因的克隆及表达分析

利用葡萄(Vitis vinifera)果实的DFR-cDNA序列搜索猕猴桃(Actinidia Lindl.)EST数据库,拼接所有与该cDNA相似片段成contig并借此设计引物,分离出红肉猕猴桃(A.chinensis var.rufopulpa)中DFR的两个克隆(AcDFR1和AcDFR2)的片段。在此基础上利用5′RACE和3′RACE技术,分别克隆到具有完整阅读框的AcDFR1(1264 bp)和靠近3′端的部分AcDFR2序列(880 bp)。AcDFR1与茶DFR-cDNA(Camellia sinensis)相似达84%,且AcDFR1与非洲菊变种(Gerbera hybrida var.regina)的氨基酸序列相似达80%。据DFR聚类分析,AcDFR1与AcDFR2蛋白类型上差异显著。实时定量PCR分析表明,AcDFR1在‘金魁'(A.chinensis var.deliciosa‘Jinkui')中表达很高,AcDFR1和AcDFR2在‘金农'(A.chinensis var.chinensis‘Jinnong')与‘红阳'(A.chinensis var.chinensis‘Hongyang')中较低,且在果实发育后期(大约花后90～120 d)均有所升高,二者可能参与了红肉猕猴桃中花青素的积累,而在绿肉猕猴桃‘金魁'与黄肉猕猴桃‘金农'中,AcDFR1可能还参与了类黄酮代谢过程中的上游分支途径。     

红肉猕猴桃DFR基因的克隆及表达分析

利用葡萄（Vitis vinifera）果实的DFR-cDNA序列搜索猕猴桃（Actinidia Lindl.）EST数据库,拼接所有与该cDNA相似片段成contig并借此设计引物,分离出红肉猕猴桃（A.chinensis var.rufopulpa）中DFR的两个克隆（AcDFR1和AcDFR2）的片段。在此基础上利用5′RACE和3′RACE技术,分别克隆到具有完整阅读框的AcDFR1（1264 bp）和靠近3′端的部分AcDFR2序列（880 bp）。AcDFR1与茶DFR-cDNA（Camellia sinensis）相似达84%,且AcDFR1与非洲菊变种（Gerbera hybrida var.regina）的氨基酸序列相似达80%。据DFR聚类分析,AcDFR1与AcDFR2蛋白类型上差异显著。实时定量PCR分析表明,AcDFR1在‘金魁＇（A.chinensis var.deliciosa‘Jinkui＇）中表达很高,AcDFR1和AcDFR2在‘金农＇（A.chinensis var.chinensis‘Jinnong＇）与‘红阳＇（A.chinensis var.chinensis‘Hongyang＇）中较低,且在果实发育后期（大约花后90～120 d）均有所升高,二者可能参与了红肉猕猴桃中花青素的积累,而在绿肉猕猴桃‘金魁＇与黄肉猕猴桃‘金农＇中,AcDFR1可能还参与了类黄酮代谢过程中的上游分支途径。     

蓝粒小麦花青素生物合成途径中的二氢黄酮醇4-还原酶基因的分子克隆

蓝色色素在蓝粒小麦种子糊粉层中的生物合成途径的分子生物学机制至今仍不清楚.应用RT-PCR和RACE方法从蓝粒小麦正在发育的种子中克隆到一个编码二氢黄酮醇4-还原酶的基因(DFR).推测其为花青素生物合成途径中的一个关键基因,且与蓝粒小麦中蓝色色素形成密切相关;其开放阅读框编码一个包含354个氨基酸残基的多肽,与一些从其他植物中已克隆到的DFR有很高的同源性:大麦(94%)、水稻(83%)、玉米(84%).从长穗偃麦草(2n=70)、蓝粒小麦、浅蓝粒小麦自交产生的白粒后代小麦以及中国春的基因组中分别分离到一个全长DFR序列.经聚类分析表明DFR cDNA核甘酸序列与从中国春基因组中克隆的DFR具有100%的同源性,且与长穗偃麦草、蓝粒小麦、白粒小麦基因组中分离的DFR均有很高的同源性.4个DFR基因组DNA均含有3个内含子,且它们之间的差异主要在内含子区,表明该基因在进化上很保守.经Southern杂交分析,DFR在小麦中至少有3～5个拷贝,不同小麦材料间未见明显差异,但与长穗偃麦草有明显差异,属于一个DFR超基因家族.Northern分析表明该DFR在蓝粒和白粒种子的不同发育时期的表达存在明显差异,都在开花后大约18 d表达最强,在同一时期的蓝白种子中,DFR在蓝粒种子中的表达量高于白粒.DFR转录本在小麦和长穗偃麦草的幼叶中积累多,但在芽鞘中的表达显著低于幼叶中;在小麦的根和长穗偃麦草的发育种子中均未检测到DFR的表达.推测蓝粒小麦中可能存在调控DFR在蓝粒小麦中表达的调控基因,类似于玉米花青素合成途径中的调节基因.     

宁夏枸杞DFR基因的克隆与序列分析

根据已报道植物二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)基因cDNA序列的保守区域设计引物,对宁夏枸杞(Lycium barbarum)DFR基因进行克隆及序列分析.结果表明,宁夏枸杞DFR基因cDNA全长1140个碱基,有一个1116个核苷酸的开放阅读框,编码一个长372个氨基酸的蛋白质;氨基酸序列的聚类分析显示,宁夏枸杞LbDFR1与马铃薯、烟草、蕃茄等茄科植物的DFR亲缘关系较近,其中与马铃薯DFR亲缘关系最近,相似性为92％;通过编码蛋白的三级结构预测,该蛋白为单体模式,具有酶学的生物特征;宁夏枸杞LbDFR1在宁夏枸杞的根、茎、叶等组织中广泛表达,为组成表达型基因.     

二氢黄酮还原酶基因的克隆与转基因烟草的获得

以蒺藜苜蓿(Medicagotrunctulacv.5160)幼果总RNA为模板,采用RT-PCR技术克隆到二氢黄酮还原酶(DFR)基因的cDNA序列,所获得的cDNA序列全长1018 bp,具有完整的ORF,编码337个氨基酸。Blast分析表明,该片段与GenBank中注册的DFR基因同源性为99.80%。以植物表达载体pBI121为基础,构建了Ca MV35S启动子驱动的DFR基因植物表达载体pBIDFR;采用直接转化法将pBIDFR导入根癌农杆菌EHA105,用该菌株对普通烟草进行遗传转化获得6株转基因植株。     

冷藏条件下白沙枇杷与红沙枇杷果皮活性氧代谢研究

为探讨红沙枇杷与白沙枇杷冷藏耐储性差异的原因,为枇杷采后生理和保鲜技术研究提供参考,以白沙枇杷"白玉"和红沙枇杷"鸡蛋红"为材料,在6℃的冷藏条件下,测定了果皮中氧自由基产生速率(oxygenfree radical production rate, SPR)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等保护酶活性,以及膜脂过氧化伤害产物(MDA)的含量等活性氧(reactive oxygen species, ROS)代谢相关指标的变化规律。表明,随着冷藏的进程,冷藏的前10 d,红沙枇杷果皮SPR高于白沙枇杷,10 d后红沙枇杷果皮SPR有所下降而白沙枇杷果皮则大幅上升,导致10 d后红沙枇杷果皮SPR低于白沙枇杷;冷藏后红沙枇杷果皮ROS相关酶(SOD, POD和CAT)活性高于白沙枇杷果皮,即其ROS清除能力高于白沙枇杷果皮;在冷藏5 d后白沙枇杷果皮膜脂过氧化伤害产物MDA含量持续上升,而红沙枇杷果皮则维持在较低水平并低于白沙枇杷果皮,说明白沙枇杷果皮膜脂过氧化程度较高。分析认为冷藏初期红沙枇杷果皮较高的氧自由基产生速率激活了ROS清除系统,导致红沙枇杷果皮具有更高的ROS清除能力;冷藏后期白沙枇杷果皮则出现了氧自由基和MDA的积累,暗示其膜脂过氧化的发生和果实内外环境的恶化。红沙枇杷和白沙枇杷果皮ROS代谢的差异与冷藏耐储性相关。     

Dihydroflavonol 4-Reductase Genes Encode Enzymes with Contrasting Substrate Specificity and Show Divergent Gene Expression Profiles in Fragaria Species

During fruit ripening, strawberries show distinct changes in the flavonoid classes that accumulate, switching from the formation of flavan 3-ols and flavonols in unripe fruits to the accumulation of anthocyanins in the ripe fruits. In the common garden strawberry (Fragaria×ananassa) this is accompanied by a distinct switch in the pattern of hydroxylation demonstrated by the almost exclusive accumulation of pelargonidin based pigments. In Fragaria vesca the proportion of anthocyanins showing one (pelargonidin) and two (cyanidin) hydroxyl groups within the B-ring is almost equal. We isolated two dihydroflavonol 4-reductase (DFR) cDNA clones from strawberry fruits, which show 82% sequence similarity. The encoded enzymes revealed a high variability in substrate specificity. One enzyme variant did not accept DHK (with one hydroxyl group present in the B-ring), whereas the other strongly preferred DHK as a substrate. This appears to be an uncharacterized DFR variant with novel substrate specificity. Both DFRs were expressed in the receptacle and the achenes of both Fragaria species and the DFR2 expression profile showed a pronounced dependence on fruit development, whereas DFR1 expression remained relatively stable. There were, however, significant differences in their relative rates of expression. The DFR1/DFR2 expression ratio was much higher in the Fragaria×ananassa and enzyme preparations from F.×ananassa receptacles showed higher capability to convert DHK than preparations from F. vesca. Anthocyanin concentrations in the F.×ananassa cultivar were more than twofold higher and the cyanidin:pelargonidin ratio was only 0.05 compared to 0.51 in the F. vesca cultivar. The differences in the fruit colour of the two Fragaria species can be explained by the higher expression of DFR1 in F.×ananassa as compared to F. vesca, a higher enzyme efficiency (K _cat/K _m values) of DFR1 combined with the loss of F3’H activity late in fruit development of F.×ananassa.     

Nitrate Reductase and Nitrite Reductase Activity in Dark-Grown Radish Seedlings: Relation to the Supply of NADPH

Functioning of nitrate reductase and nitrite reductase was measured in intact cotyledons from radish seedlings (Raphanus sativus L.) grown in the dark in a nitrate medium. Reduction of nitrate to nitrate did proceed during the whole period of 45 h, whereas the reduction of nitrite in the intact cotyledons dropped abruptly between 20 and 23 h after exposing the roots to nitrate. The activity of the enzymes glucose-6-P dehydrogenase (G6PDH) and 6-P-gluconate dehydrogenase (6PGDH), measured in cotyledon extracts, showed a sharp decline simultaneously with the drop in nitrite reductase activity of the intact cotyledons. It was concluded that the amount of NADPH generated by the enzymes G6PDH and 6PGDH is not sufficient to allow continuous functioning of nitrite reductase after 20 h in cotyledons of seedlings grown in the dark. Therefore, the results from our experiments point to the functioning of nitrite reductase as the rate limiting step in the reduction pathway of nitrate in the dark.     

红白花斑种皮高油酸花生种质材料的创制

本研究利用粉色种皮高油酸花生G63与紫白花斑种皮普通油酸花生VG-01配置杂交组合。利用等位基因特异性扩增(AS-PCR,allele-specific PCR)鉴定出16个F_1真杂种。在F_2中筛选到_ol1_ol_2单株,并对64个F_2:3家系间的种皮色泽分离进行χ~2检测。结果表明,纯色花生∶花斑花生在0.05水平上符合9∶7,花生种皮花斑性状由2对互补基因控制,当2对基因同时处于显性时,种皮表现为纯色;当2对基因至少有1对为隐性纯合时,种皮表现为花斑。利用AS-PCR技术对334株花斑种皮F_3单株进行基因型鉴定,筛选到29株ol_1ol_1ol_2ol_2基因型的单株。利用气相色谱测定结果表明,F4种子油酸GC值介于70.77%~82.87%,油酸/亚油酸介于8.15~26.30。F4群体植株主茎高12.4~87.3 cm,平均57.2 cm,较对照冀花2号增高34.97%;第1对侧枝长91.6~196.3 cm,平均134.1 cm,较对照冀花2号增长34.28%。F5新种质的单株果重、单株果数、单株仁重、单株仁数分别为(27.16±9.51)g、(22.11±10.26)个、(20.10±7.17)g和(31.94±15.16)个。新种质9-7、14-2、14-3、17-3和17-7均为红白花斑种皮,在单株果重方面较对照冀花2号增加230.02%、165.80%、210.66%、200.65%和160.26%,在单株果数方面增加280.00%、340.00%、450.00%、210.00%和150.00%,其油酸GC值分别为80.54%、81.75%、80.63%、81.3%和81.56%。该批种质材料不仅油酸含量高,而且具有医疗保健价值,对丰富我国高油酸花生遗传多样性具有重要的现实意义。     

Dihydroflavonol Reductase Activity in Relation to Differential Anthocyanin Accumulation in Juvenile and Mature Phase Hedera helix L

Juvenile phase English ivy (Hedera helix L.) plants accumulate anthocyanin pigment in the hypodermis of stems and petioles, whereas genetically identical plants of the mature phase do not. The objective of this work was to assess which enzyme(s) might limit anthocyanin accumulation in mature phase ivy. Leaf discs of both juvenile and mature phase ivy accumulated comparable levels of the flavonols kaempferol and quercetin, whereas only juvenile phase discs accumulated anthocyanin. The accumulation of quercetin, but lack of accumulation of leucocyanidin or anthocyanin in mature phase discs, suggested that mature discs lacked dihydroflavonol reductase activity. There was no detectable dihydroflavonol reductase activity in mature phase discs, whereas there was an induction of activity in juvenile phase discs in response to sucrose, or photosynthetically fixed carbon, and light as a photomorphogenic signal. Phenylalanine ammonia-lyase, an enzyme early in the anthocyanin biosynthetic pathway, was induced above its basal level by sucrose and light in discs of both phases of ivy, with greater activity in mature phase discs. Phenylpropanoids, a class of compounds that are precursors to flavonoids, accumulated in leaf discs of both phases, with greater levels in mature phase discs. These results indicate that the lack of dihydroflavonol reductase activity limits the accumulation of anthocyanin in mature phase tissue.