刺五加皂苷合成关键酶基因表达的半定量RT-PCR分析

根据已克隆的刺五加鲨烯合酶(squalene synthase,SS)、鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)和β-香树酯醇合成酶(β-amyrin synthase,bAS)基因序列信息设计引物,通过半定量RT-PCR分析了SS、SE和bAS基因在刺五加不同生长发育时期和不同器官中表达量的变化.结果表明,SS、SE和bAS基因在各生长发育时期和各器官中均有表达,但表达量差异显著(P<0.05),三者均在盛花期表达量最高,之后降低,进入果实成熟期后SS和bAS的表达量迅速回升,SE无显著变化.SS和bAS在叶片和根中的表达量较高,SE表达量的最大值出现在叶片和幼茎中.刺五加SS、SE和bAS基因的表达间存在显著的正相关关系(P<0.05).研究结果为进一步分析关键酶基因对刺五加三萜皂苷生物合成的影响奠定了基础.     

刺五加内生青霉鲨烯合酶基因的克隆与序列分析

【目的】克隆刺五加内生青霉Penicillium minioluteum P116-1a的鲨烯合酶(Squalene synthase,SS)基因。【方法】采用cDNA 5末端快速扩增(Rapid Amplification ofcDNA 5 Ends,5 RACE)技术扩增P.minioluteum P116-1a SS基因的全长cDNA序列和DNA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法和SDS-PAGE法检测SS的表达情况。【结果】P.minioluteum P116-1a的SS基因含有4个外显子和3个内含子,开放阅读框长1 416 bp,编码471个氨基酸,预测蛋白含67.73%的α螺旋,5.31%的延伸链,2.97%的β折叠,23.99%的无规则卷曲,含有鲨烯合酶和八氢番茄红素合成酶的特异性识别区域,定位于内质网膜。与P.marneffei和Talaromyces stipitatus中SS蛋白的氨基酸同源性达90%以上。不同温度下SS的表达情况不同。【结论】首次在刺五加内生青霉P.minioluteum P116-1a中克隆到SS基因,为进一步研究P.minioluteum P116-1a提高刺五加皂苷含量的机制奠定基础。     

三七细胞中共超表达FPS、SS对皂苷合成的影响

研究三七细胞中共超表达法呢基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophasphate synthase,FPS)基因、鲨烯合酶(squalene synthase,SS)基因对三七细胞皂苷合成的影响.利用农杆菌EHA105将pCAMBIA1300S-FPS超表达载体转入已超表达SS的三七细胞内,双抗生素培养及基因组PC...     

刺五加鲨烯合酶基因cDNA的克隆与序列分析

采用改良的异硫氰酸胍法提取刺五加总RNA,逆转录为cDNA,根据已报道的人参鲨烯合酶基因(squalene synthase gene,SS) cDNA序列设计引物,利用RT-PCR法克隆刺五加SS基因的cDNA序列.克隆得到长度为1258 bp的刺五加SS基因cDNA序列,开放阅读框全长1248 bp,编码415个氨基酸残基,GenBank登录号为HQ456918,与人参的SS1、SS2和SS3氨基酸序列一致性分别为91.73％、97.59％和96.63％.首次分离并报道了刺五加SS基因cDNA序列,为刺五加苷生物合成中关键酶的表达分析及调控机理研究提供参考.     

三七鲨烯合酶基因在三七根、茎、芦头中的转录表达与三萜皂苷合成

三萜皂苷是三七、人参等重要药用植物的主要有效成分．采用改进的异硫氰酸胍法提取到三七RNA,经RT-PCR克隆技术获得三七三萜合成通路关键酶之一鲨烯合酶(squalene synthase, SS) cDNA,长1 270 bp,读码框架编码415个氨基酸．比对分析表明,推衍的三七SS氨基酸序列与人参、积雪草、青蒿、拟南芥和水稻SS的一致性分别为98%、89%、81%、78%和71%．利用实时荧光定量RT-PCR技术对三七根、茎、芦头的SS转录表达研究发现,一年生三七根SS基因转录表达量最高,高于茎和芦头的表达;但总皂苷含量是:芦头>叶>根>茎．可能与SS之后其它三萜合成关键酶的活性差异或/和三萜合成后的定向输送及累积有关．     

三七SE基因启动子的克隆及序列分析

鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)基因是三七皂苷生物合成途径中的关键基因。本文采用染色体步移(genomic walking)技术,克隆出三七SE基因上游1872 bp的启动子片段。生物信息学分析表明,该启动子除了含有基本的TATA-box和CAAT-box元件外,还包含多个与细胞分裂素响应、抗病以及糖类和储藏蛋白合成等相关的作用元件。     

鲨烯合酶基因的密码子偏性分析

为了分析鲨烯合酶(squalene synthase, SS)基因密码子的使用方式及其影响因素,利用codon W和SPSS 16.0软件对47条来自不同物种的SS基因进行多元统计分析、对应性分析.SS基因密码子1~3位碱基的GC含量(GC1, GC2和GC3)依次为51.33%、34.65%和54.37%,3个位点的GC含量均呈极显著相关关系(p<0.01),对应性分析的结果表明,第1轴显示30.71%的差异,有效密码子数和GC3、GC1和GC2的均值与GC3之间的相关性均达极显著水平(p<0.01).筛选出的26个最优密码子的第3位碱基均为G或C.以MEGA 5.0构建的基于SS蛋白质序列的进化树比基于RSCU的聚类更符合传统的系统发育观点.SS基因密码子偏好以G/C结尾,使用模式受选择和突变影响,突变对密码子偏好影响较大.     

刺五加内生青霉鲨烯合酶蛋白表达和定位

目的:对刺五加的内生菌青霉属Penicillium minioluteum P116-1a的鲨烯合酶(Squalene synthase,PmSS)进行原核表达和荧光定位。方法:将PmSS基因连接pET-30a(+),转化BL21(DE3)后诱导表达,通过SDS-PAGE分析表达效果。利用荧光表达载体pDsRed2-N1对PmSS蛋白定位。结果:成功构建了PmSS基因的体外表达载体pET-30a-PmSS,在BL21(DE3)能表达出约60 kDa的蛋白。温度为30℃,IPTG浓度为0.6 mmol/L时的表达量最高。荧光定位结果显示,PmSS呈点状或面状集中分布于内质网上。结论:获得了PmSS重组蛋白并确定了PmSS的表达部位,为进一步研究P.minioluteum提高刺五加皂苷含量的机制奠定基础。     

绞股蓝鲨烯环氧酶基因的克隆与序列分析

根据已报道植物鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)基因cDNA序列的保守区域设计引物,利用RT-PCR和RACE技术,对绞股蓝SE基因进行克隆及序列分析.结果表明,绞股蓝SE基因cDNA全长为1 818 bp,编码一个由525个氨基酸残基组成的多肽.绞股蓝SE基因编码的氨基酸序列中含有52.4%的非极性疏水性氨基酸,26.1%极性中性氨基酸,9.0%酸性氨基酸,12.6%碱性氨基酸.Blast结果显示,绞股蓝SE基因核苷酸序列与其他已报道的植物SE基因相似性为73%～82%,推导的氨基酸序列相似性为63.2%～79.4%.SE氨基酸序列进化分析发现,绞股蓝SE与绿珊瑚、拟南芥亲缘关系较近.     

浙贝母角鲨烯合酶全长cDNA的克隆及功能分析

鲨烯是甾醇和其他三萜类化合物的关键代谢中间体,其生物合成由鲨烯合酶（squalene synthase,SQS）催化,该酶将2分子法呢基焦磷酸转化为鲨烯。浙贝母异甾体生物碱的生物合成途径与三萜类化合物类似。在本研究中,基于cDNA末端的快速扩增（RACE）技术克隆了浙贝母鲨烯合酶 (FtSQS）基因的全长cDNA,GenBank登录号为KF551097.2。通过生物信息学方法对FtSQS进行详细表征,包括保守区检测、序列同源分析、二级和三级结构预测及系统发育树分析。结果表明,其开放阅读框（ORF）为1 230 bp,编码409个氨基酸,FtSQS氨基酸序列与印度甘松、截形苜蓿、紫衫、马铃薯、柴胡、金铁锁和拟南芥的SQS氨基酸同源性分别达到73.84%、73.23%、72.24%、70.66%、70.66%、69.44%和68.14%。启动子分析表明,FtSQS的5′上游区域具有与生理和环境因素相关的各种潜在因素。为了获得可溶性FtSQS表达,从羧基末端截断24个疏水氨基酸,构建了原核表达载体pGEX-2T-FtSQSΔTM,并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。SDS-PAGE检测到约66 kD的重组FtSQSΔTM蛋白。体外酶促反应证明,FtSQS可以催化FPP转化成鲨烯。qRT-PCR分析FtSQS mRNA在叶中的表达量最高,茎、根次之,而在鳞茎中表达水平最低。这提示,叶子是浙贝母碱生物合成的主要活性器官。FtSQS的鉴定及功能研究为浙贝母次生代谢产物的研究提供了重要依据。     

甘草过表达HMGR、SQS1、β-AS基因再生植株的诱导

目的:诱导过表达3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶(HMGR)、鲨烯合成酶1(SQS1)和β-香树脂醇合成酶(β-AS)基因的甘草再生植株。方法:以植物双元表达载体pCAMBIA1305.1为载体骨架,HMGR、SQS1、β-AS基因为目的基因,利用基因重组试剂盒eFusion CloningKit分别构建含有3个外源基因的重组载体,并将其转入根癌农杆菌EHA105,采用根癌农杆菌介导法将目的基因转入甘草外植体。结果与结论:获得了过表达HMGR、SQS1和β-AS基因的甘草愈伤组织及试管苗,为进一步研究这3个功能基因过表达对甘草酸合成的影响奠定了基础。     

刺五加HMGR基因的表达及其对皂苷合成的影响

以actin为内参基因,采用Real time PCR法分析产地、发育时期、器官以及茉莉酸甲酯(MeJA)对刺五加HMGR基因表达的影响,并采用分光光度法测定皂苷含量,利用SPSS 17.0软件分析两者的相关性。结果表明:HMGR基因在各器官中均有表达,相对表达量间差异较明显(p0.05)。刺五加HMGR基因在盛花期表达量最大,叶片衰老期表达量最低。Me JA处理后显著提升了萌芽期至盛花期HMGR的表达量,而对果实快速生长期之后的影响较小。不同产地刺五加的HMGR基因表达量和总皂苷含量差异显著,而HMGR基因的表达量与总皂苷含量同升同降,存在极显著的正相关关系(p0.01)。     

龙牙楤木Aeβ-AS基因的表达对烟草中皂苷含量的影响

为探讨龙牙楤木(Aralia elata)三萜皂苷合成的关键酶基因β-香树素合成酶基因(Aeβ-AS)对三萜皂苷合成的影响。利用基因克隆技术对Aeβ-AS基因进行克隆,并对烟草进行遗传转化,分析转基因烟草中Aeβ-AS基因在各部位的表达差异,检测Aeβ-AS基因及上下游关键酶基因表达量和总三萜含量。结果表明:成功构建了植物过表达载体pROKⅡ-Aeβ-AS,并转入了野生型烟草,获得7个转基因株系,并在mRNA水平表达,且在叶子中的表达量要高于根和茎;在转基因烟草中,Aeβ-AS基因及其上下游的关键酶基因表达量均高于野生型,其中株系L21的NtFPS、NtSS基因的相对表达量最高,株系L30的NtSE、Aeβ-AS基因的相对表达量最高;与野生型烟草相比,转基因烟草的总三萜含量显著升高(1.1～1.6倍)。试验结果证明合成Aeβ-AS基因并在烟草中进行异源转化,可以使转基因烟草内的总三萜含量显著升高。     

陆生植物鲨烯合酶适应性进化正选择位点分析

鲨烯合酶是三萜类皂苷生物合成途径中的关键酶,其活性的高低决定了三萜皂苷、植物甾醇等后续次生代谢物的含量．对鲨烯合酶进行正选择位点分析,可为识 别重要的功能位点提供有意义的信息．本研究在克隆获得五加科三七、葫芦科绞股蓝鲨烯合酶cDNA的基础上,结合GenBank中所登载的植物鲨烯合酶cDNA序列信息,利用位点模型检测并分析了38种陆生植物鲨烯合酶的适应性进化．结果显示,进化上相对保守的鲨烯合酶受到正选择作用,检测到的21个正选择位点大部分集中于第2跨膜区及其两侧,其中189S、194S、196S、265I、389P、390T、408A、410R和414N等9 个位点很可能与鲨烯合酶的活性有关．本研究从分子进化角度为调控三萜类化合物的生物合成提供了一个新的思路．     

雷公藤鲨烯环氧酶基因克隆与表达分析

以雷公藤(Tripterygium wilfordii Hook.f.)发状根为试验材料,采用RT-PCR方法,克隆得到2个雷公藤鲨烯环氧酶编码基因,命名为TwSE1(GenBank登录号MG717395)和TwSE2(GenBank登录号MG717396)。序列分析表明,TwSE1和TwSE2的开放阅读框分别为1 578和1 584bp,分别编码525和527个氨基酸,2条序列相似性为76.18%,但N端序列不保守。实时荧光定量PCR检测雷公藤鲨烯环氧酶在不同组织部位的表达模式,以及雷公藤发状根受茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后基因表达的结果表明,TwSE1、TwSE2基因在雷公藤根、茎、嫩叶、老叶、花中均有表达,TwSE1在花中表达丰度最高,在根中表达丰度最低;但TwSE2在花和嫩叶中表达量最高,在老叶中表达量最低,且TwSE2在各组织部位的表达量都低于TwSE1。雷公藤发状根经MeJA诱导后,TwSE1、TwSE2基因表达量均上升,都表现为表达量先上升后下降再上升的趋势,并于诱导后3h达到一个高水平表达,之后下降,在诱导12h后表达量又迅速上升;在相同诱导条件下,TwSE2基因表达水平的提高小于TwSE1基因。     

青蒿鲨烯合酶基因的克隆、结构分析与大肠杆菌表达

用RT-PCR方法从青蒿(Artemisia annua L.)中克隆了一个1 539 bp全长鲨烯合酶cDNA.青蒿鲨烯合酶氨基酸序列与拟南芥、烟草、人类、酵母鲨烯合酶的一致性分别为70%、77%、44%和39%.青蒿鲨烯合酶基因组DNA结构很复杂,包括14个外显子和13个内含子.全长的或C末端截短的鲨烯合酶cDNA被克隆进原核表达载体pET30a并在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3)中诱导表达.但在含有全长的鲨烯合酶cDNA的大肠杆菌中并没有观察到预期大小的鲨烯合酶表达,而C末端截短疏水区30个氨基酸的鲨烯合酶可在大肠杆菌中过量表达.     

人工酵母后鲨烯路径基因对7-脱氢胆固醇合成的影响

酵母内源后鲨烯路径中的固醇类物质,是异源甾体类药物合成的重要前体。为了通过微调后鲨烯路径,与异源模块进行适配,以期达到提高异源甾体类化合物表达的目的,以维生素D₃的直接前体-7-脱氢胆固醇(7-DHC)的合成为例,首先在固醇C-24甲基转移酶(ERG6)缺失的酿酒酵母BY4742中,通过导入人源固醇C-24 还原酶DHCR24,并过表达截短的羟甲基戊二酰辅酶A还原酶tHMGR,获得可以合成7-DHC的人工酵母。在此基础上,将后鲨烯路径分割并构建成ERG1、ERG7、ERG11、ERG24-25-26-27和ERG2-3这5个模块,分别在所构建的7-DHC合成菌株中过表达。通过GC-TOF/MS分析7-DHC以及后鲨烯路径中相关代谢中间体的含量,并结合主成分分析发现,过表达不同后鲨烯模块会引起后鲨烯路径上固醇组分的变化而最终影响7-DHC的产量:与出发菌株相比,过表达ERG11模块会显著强化其他固醇物质到酵母固醇的转化;而过表达ERG2-3模块则会减少鲨烯的积累,同时显著增加羊毛固醇及其之后的固醇组分的含量,并获得迄今为止7-DHC在微生物中摇瓶水平的最高产量。因此,对ERG11和ERG2-3的表达优化对7-DHC的合成以及后鲨烯路径代谢流的强化起到了显著的作用,是后续优化人工7-DHC合成酵母的潜在靶点。为研究后鲨烯路径与其他异源甾体合成模块间的适配,提供了可供参考的案例。     

珠子参β-香树素合成酶基因的克隆和生物信息学分析

β-香树素合成酶(beta-amyrin synthaseβAS)是定向分流齐墩果烷型皂苷和达玛烷型皂苷的限速酶,对药用植物三萜皂苷的生物合成具有重要的调控作用。基于珠子参转录组数据中βAS转录本序列设计引物,利用RT-PCR方法从珠子参根状茎中克隆得到βAS基因全长c DNA序列,命名为pjβAS。经测序鉴定该基因长度为2 655 bp,包含一个2 286 bp的完整开放阅读框,编码761个氨基酸,在Gen Bank数据库的登录号为KX254566。生物信息学分析显示,其编码蛋白分子量为87.90 k D,理论等电点(p I)5.84,不含跨膜区,为非分泌蛋白,含有38处磷酸化位点,主要于叶绿体和内质网中发挥生理作用;二级结构预测发现其α-螺旋占39.82%、延伸链16.56%、β-转角10.38%、无规则卷曲33.24%,具有DCTAE、QW(QXXXXXW)和MWCRCY3个氧化鲨烯环化酶(OCS)基因家族特征保守基序;pjβAS蛋白与竹节参(AKN23431.1)序列的一致性为100%,系统进化分析中与竹节参(AKN23431.1)、西洋参(AGG09939.1)、柴胡(ABY90140.2)划为同一分支。通过实时荧光定量PCR分析pjβAS在珠子参不同组织中的相对表达量,发现pjβAS基因在花、叶、茎、根状茎中均有表达,在叶中表达量最高,根状茎中表达量最低。     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆与生物信息学分析

根据已报道的植物鲨烯环氧酶(SE)基因特异性引物克隆竹节参SE基因.结果表明,克隆得到竹节参SE全长为1 632 bp,编码539个氨基酸,命名为PjSE.生物信息学分析指出,PjSE基因的氨基酸序列与人参属植物人参、三七、越南人参的同源性依次为99％、98％和98％.推测PjSE基因定位于线粒体(mTP)、叶绿体(cTP)和分泌途径(SP).PjSE基因存在保守结构域FAD结合位点,含4个跨膜结构域和7个motif结构位点.PjSE蛋白二级结构以无规则卷曲(Random coli)和α-螺旋(Alpha helix)为主要结构元件,延伸链(Extended strand)和β转角(Beta turn)分散于整个蛋白质中,百分比依次占40.82％、37.48％、15.77％、5.94％;该蛋白能折叠形成典型的三维结构.     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆与生物信息学分析

根据已报道的植物鲨烯环氧酶(SE)基因特异性引物克隆竹节参SE基因.结果表明,克隆得到竹节参SE全长为1 632 bp,编码539个氨基酸,命名为PjSE.生物信息学分析指出,PjSE基因的氨基酸序列与人参属植物人参、三七、越南人参的同源性依次为99％、98％和98％.推测PjSE基因定位于线粒体(mTP)、叶绿体(cTP)和分泌途径(SP).PjSE基因存在保守结构域FAD结合位点,含4个跨膜结构域和7个motif结构位点.PjSE蛋白二级结构以无规则卷曲(Random coli)和α-螺旋(Alpha helix)为主要结构元件,延伸链(Extended strand)和β转角(Beta turn)分散于整个蛋白质中,百分比依次占40.82％、37.48％、15.77％、5.94％;该蛋白能折叠形成典型的三维结构.