大戟甲羟戊酸途径关键酶基因hmgr的克隆与分析

通过比较6种植物8条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR技术成功地从大戟(Euphorbia pekinensis)叶中扩增出458bp的基因片段。通过BlastP比较,所推断的大戟HMGR蛋白序列与杜仲Eucommia ulmoides(AAV54051)、穿心莲Andrographis paniculata(AAP14352)、胡黄连Picrorhiza kurrooa(ABC74565)、橡胶树Hevea brasiliensis(AAU08214)、海岛棉Gossypium barba-dense(ABC71314)、龙胆草Gentiana lutea(BAE92730)的一致性分别达到90%、86%、86%、92%、87%和88%。蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,初步证实该基因为hmgr基因,这是首次报道从药用植物大戟中克隆到甲羟戊酸途径关键酶HMGR的基因片段。     

播娘蒿hmgr基因保守区片段的克隆与分析

通过比较6种植物的8条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR技术成功地从播娘蒿叶中扩增出458bp的基因片段。通过BlastP比较,所推断的播娘蒿HMGR蛋白序列与拟南芥(NP_177775)、萝卜(CAA48610)、杜仲(AAV54051)、胡黄连(ABC74565)、喜树(AAB69726)、龙胆草(BAE92730)的一致性分别达到98%、96%、88%、89%、86%和87%。通过对蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,证实该片段确为hmgr基因片段,该结果为首次报道。     

细纹豆芫菁3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶基因全长cDNA克隆及生物信息学分析

3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR）是甲羟戊酸途径的关键酶。获得芫菁体内HMGR基因信息是确定甲羟戊酸途径与斑蝥素合成相关性的基础。本研究利用RACE技术从细纹豆芫菁Epicauta mannerheimi (Maklin)体内克隆获得HMGR基因全长cDNA序列, 命名为EmHMGR（GenBank登录号为JQ690539）。该基因全长3 118 bp, 其中5′端非翻译区178 bp, 3′端非翻译区414 bp, 开放阅读框2 526 bp, 编码842个氨基酸。推测的蛋白质分子量为92.8 kDa, 理论等电点为6.0, 预测分子式为C₄₁₃₅H₆₆₀₄N1₀₉₈O₁₂₁₆S₅₀, 不稳定系数为43.37, 总亲水性系数为0.091, 为疏水性不稳定蛋白。序列分析发现该基因编码的蛋白与已报道的其他昆虫HMGR的氨基酸序列一致性达50%以上, 而且包含HMGR_Class I保守功能域、 固醇敏感多肽区及HMGR蛋白的其他保守功能位点。系统进化分析发现该基因与叶甲科昆虫HMGR基因的关系最近。本研究首次从芫菁科昆虫体内克隆获得甲羟戊酸途径的关键酶EmHMGR基因, 为后期芫菁体内斑蝥素生物合成途径的研究奠定了基础。     

植物3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因研究进展

细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、叶绿素、萜类等类异戊二烯物质,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着非常重要的作用。一些萜类化合物作为药物的合成前体或有效的药用成分在工农业及医药生产上具有重要的经济价值。类异戊二烯物质主要通过甲羟戊酸代谢途径中的一系列酶催化合成,其中,3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)是该代谢途径中的第一个关键限速酶,能够将3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A转化成中间代谢产物甲羟戊酸。对植物HMGR基因的克隆、酶结构和功能分析、基因组织表达及调控等方面进行了综述,旨在为其在重要农作物的遗传改良、代谢产物工程植物创制以及植物亲缘关系分析中的应用等研究提供理论依据。     

红豆杉细胞非甲羟戊酸途径关键酶基因dxr的克隆与分析

近几年的研究表明,非甲羟戊酸途径可能是紫杉醇合成的主要途径,通过对各种不同来源的非甲羟戊酸途径关键酶5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(DXR)基因同源区域进行比较,设计出简并引物,利用RT-PCR技术从中国红豆杉(Taxus chinensis)悬浮细胞中扩增出535bp的基因片段。同源序列比对发现,推断的蛋白质序列与Arabidopsis thaliana(Q9XFS9)、Mentha x piperita(Q9XES0)、Synechococcus elongatus(Q8DK30)、synechocystis sp．PCC 6803(Q55663)、Nostoc sp．PCC7120(QSYP49)、Synechococcus leopoliensis(Q9RKT1)的一致性分别达到95％、94％、80％、78％、78％和73％。结合蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,证实该基因确为dxr基因,首次报道从裸子植物中克隆到非甲羟戊酸途径关键酶的基因片段。     

橡胶草HMGR基因的克隆及表达分析

通过比较9种植物的9条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（HMGR）氨基酸同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR和RACE技术首次从橡胶草（Taraxacum kok-saghyz）中克隆了一个HMGR基因,命名为TKHMGR。通过氨基酸序列同源性比对与系统进化分析表明,TKHMGR属于HMGR基因家族的新成员。同时,利用荧光定量方法分析了该基因在不同组织的表达情况。     

红豆杉细胞非甲羟戊酸途径关键酶基因dxr的克隆与分析

近几年的研究表明,非甲羟戊酸途径可能是紫杉醇合成的主要途径,通过对各种不同来源的非甲羟戊酸途径关键酶5_磷酸脱氧木酮糖还原异构酶（DXR）基因同源区域进行比较,设计出简并引物,利用RT_PCR技术从中国红豆杉（Taxus chinensis）悬浮细胞中扩增出535bp的基因片段。同源序列比对发现,推断的蛋白质序列与Arabidopsis thaliana (Q9XFS9)、Mentha x piperita (Q9XES0)、Synechococcus elongatus (Q8DK30)、Synechocystissp. PCC 6803 (Q55663)、Nostocsp. PCC 7120 (Q8YP49)、Synechococcus leopoliensis (Q9RKT1)的一致性分别达到95%、94%、80%、78%、78%和73%。结合蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,证实该基因确为dxr基因,首次报道从裸子植物中克隆到非甲羟戊酸途径关键酶的基因片段。     

罗汉果SgHMGR基因的克隆、分析及原核表达

罗汉果甜苷V是一种葫芦烷型四环三萜类物质,作为主要的活性成分和甜味成分存在于成熟果实中,3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)作为萜类化合物生物合成途径中的第一个限速酶,位于甲羟戊酸(MVA)途径中,是罗汉果甜苷V生物合成途径中的重要调控位点。为了深入了解罗汉果甜苷Ⅴ的生物合成途径,该研究从罗汉果转录组数据中获得一条编码HMGR的unigene,以授粉后3 d的幼果作为实验材料,通过RACE技术获得了1 926 bp的全长序列,经过生物信息学软件分析,发现该基因含有1 749 bp的开放阅读框,编码582氨基酸残基,含2段跨膜区,分别位于50~72 aa和93~115 aa,亚细胞定位预测位于质膜或内质网上,预测该蛋白没有信号肽,系统进化树分析显示与同科植物黄瓜和甜瓜中HMGR基因的同源性最高。该研究采取去掉N端跨膜区的方法,构建原核表达载体转化大肠杆菌BL21(DE3),经IPTG诱导在上清和沉淀中均有融合蛋白出现,尤其在25℃诱导过夜后上清中表达最明显。该文是首次对SgHMGR基因全长序列的克隆及原核表达的功能验证,为进一步深化SgHMGR基因在罗汉果甜苷V生物合成途径中的功能及分子调控研究打下基础。     

代谢工程改造酿酒酵母生产β-胡萝卜素

β-胡萝卜素在食品、药品和化妆品领域有广泛用途。为获得生产β-胡萝卜素的微生物细胞工厂,本研究首先在酿酒酵母BY4742中过表达甲羟戊酸(MVA)途径的限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因及二萜化合物合成的关键酶牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPS)基因,来提高牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸(GGPP)的供给。在酿酒酵母底盘菌BY4742-T2的基础上整合来源于成团泛菌和红法夫酵母的β-胡萝卜素合成基因,比较酿酒酵母工程菌生产β-胡萝卜素的差别。结果表明提高酿酒酵母中HMGR和GGPS酶基因的表达能将工程菌中β-胡萝卜素的产量提高26.0倍。另外,来源于真核生物红法夫酵母的合成基因相比成团泛菌,更有利于酿酒酵母生产β-胡萝卜素。最终获得的酿酒酵母工程菌BW02能生产1.56 mg/g细胞干重的β-胡萝卜素,为进一步获得高产β-胡萝卜素细胞工厂提供基础。     

油橄榄HMGR基因家族的克隆表达及功能验证

3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR),催化3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-Co A)生成甲羟戊酸(MVA),是MVA途径中第一个关键酶。油橄榄是一种重要的经济油料作物,其含有的萜类物质具有重要营养价值,但关于调控萜类物质代谢途径的关键基因研究较少。为研究萜类合成途径关键酶基因HMGR,本研究采用RT-PCR法克隆油橄榄HMGR基因,进行生物信息学分析及构建原核表达载体,对表达蛋白生物活性进行功能验证,并采用荧光定量PCR分析HMGR在油橄榄不同生长阶段的表达量。结果表明:克隆出油橄榄HMGR基因家族的三个基因,分别命名为Oe HMGR1、Oe HMGR2、Oe HMGR3,m RNA ORF的长度分别为1 713 bp、1 773 bp、1 737 bp,编码570、590、578个氨基酸;基因编码蛋白均有2个跨膜区及HMGR催化活性的结构域,不含信号肽;构建了原核表达载体p ET30b(+)-Oe HMGR,转入到大肠杆菌BL21中成功表达,3个重组酶蛋白分子量大小均在66.2~68.0 k D之间,分离纯化重组蛋白进行功能验证,GC-MS检测表明该蛋白具有HMGR催化活性功能;荧光定量PCR分析表明该家族基因在果实和叶片中表达量较高,而在根、茎、花中表达量较低,在开花后45 d、90 d、120 d表达量较低,但在花后165 d表达量上升至较高水平。该研究为进一步鉴定Oe HMGR的功能及油橄榄萜类物质的合成生物学研究奠定基础。     

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。     

CBF3基因过量表达的拟南芥细胞质膜组分的变化

通过提取过量表达CBF3基因和对照的拟南芥[Arabidopsis thaliana L.Heyn.(Columbia)]茎叶的质膜,分离并分析其脂类成分和蛋白质含量,从中探讨CBF3对膜脂成分的影响及与抗冷适应的关系。研究结果表明,过量表达CBF3植株的质膜膜脂总量和膜蛋白总量分别是对照的227%和190%,磷脂为105%,与冷适应诱导的效果相似。因此CBF3表达的变化可能对冷适应过程中质膜组成的改变起重要作用。     

一株产紫杉醇的南方红豆杉内生真菌的分离及分类研究

从生长在湖北的南方红豆杉树皮中韧皮部分离出一批内生真菌,从中获得一株能产紫杉醇的菌株TPF6。对其形态特征的研究以及生理生化特性的测定(b ilog)结果表明,菌株TPF6与链格孢属有很大的相似性;与18SrDNA分析比对表明,菌株TPF6属于链格孢属,并与链格孢属其他种共享95%~99%的保守序列,其中与交链格孢(Alternaria alternata)18S rDNA的保守度高达99%;全细胞脂肪酸分析结果显示,18:2 CIS9、12/18:0a为TPF6的主要脂肪酸组分,该菌株与链格孢属(Alternaria)相似度最高,SIM值为59.8%。根据分类学研究结果,菌株TPF6属于半知菌门链格孢属,定名为交链格孢(A. alternata)。应用高压液相色谱技术测定结果表明,菌株TPF6发酵液中紫杉醇含量为84.5μg/L。     

短命植物东方旱麦草Rubisco大亚基基因(rbcL)的克隆及表达分析

利用PCR、DNA重组、原核与真核生物表达等技术从新疆短命植物东方旱麦草(Eremopyrum orientale)基因组中扩增出Rubisco大亚基基因rbcL(GenBank登录号为FJ346562),并构建了原核与真核表达载体pGEX4T-1-rbcL和pcDNA3-rbcL,随后分别在原核宿主BL21(DE3)和小鼠中进行了表达,并利用真核表达载体和纯化蛋白制备的抗体,对表达产物的特异性进行了Western印迹检测。结果表明:东方旱麦草的rbcL基因可读区包含1431 bp,与旱麦草rbcL基因的同源性达99.86%,推测编码476个氨基酸,分子量56 kD。该基因在BL21中以融合蛋白GST-RBCL形式表达并存在于包含体中,融合蛋白大小约为82 kD。RT-PCR检测到该基因在小鼠肝脏中的表达。利用真核表达载体与纯化融合蛋白进行联合免疫制备的RBCL抗体可与RBCL特异性地结合,这为短命植物东方旱麦草基因后续的免疫定位检测奠定了基础。     

Characteristics of rat liver microsomal 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase.

A procedure for the preparation of rat liver microsomal fractions essentially devoid of contaminating lysosomes is described. When this preparation was examined by immunoblotting with a rabbit antiserum to rat 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase, a single band corresponding to an Mr of 100000 was observed. No evidence was found for glycosylation of rat liver-3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase. Native rat liver microsomal 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase differs from the purified proteolytically modified species in that it displays allosteric kinetics towards NADPH.     

含VHb基因和GFMcryIA基因的双价基因植物高效表达载体的构建

将人工合成的、密码子优化后的透明颤菌血红蛋白基因与人工合成的GFMcryIA基因构建成双价基因植物高效表达载体PGBI4ASVHBBt,vgbM基因表达盒中含2个增强子的35S启动子、Ω前导序列、Kozak序列、多联终止密码子及Nos终止子;Bt基因表达盒中,除含有以上提高转录和翻译的调控元件外,还包含有正确切割、加工序列、Poly(A)信号序列。利用根癌农杆菌介导转化烟草,获得了转基因植株;PCR及Southern blot检测,证实了双价基因在烟草基因组中的整合;Western blot检测证实了vgbM基因在转基因烟草中的表达;杀虫实验表明GFMcryIA基因也表达出活性毒蛋白。     

牡山羊草Aegilops juvenalis Puroindoline b基因的克隆

Puroindoline a(Pina)和puroindoline b(Pinb)是控制小麦籽粒硬度的主效基因。根据已报道的小麦Pinb基因的保守序列,设计合成了一对特异性引物,对六倍体牡山羊草Aegilops juvenalis(UUMMDD)的基因组DNA和胚乳cDNA进行Pinb基因扩增、克隆和序列测定,发现了两个新型Pinb等位基因Pinb-allele-1和Pinb-allele-2。该基因全长360 bp,编码119个氨基酸残基。它编码的蛋白和麦类作物Puroindoline B(PinB)的成熟蛋白有非常高的同源性,具有麦类作物PinB蛋白所特有的WPTKWWK的色氨酸结构域和10个半胱氨酸所形成的5个二硫键结构。与软粒小麦cv.Capitole的Pinb-D1a相比较,其核苷酸同源性为93.1%、93.3%,氨基酸同源性为90.8%、92.4%。Pinb-allele-1和Pinb-allele-2分别含有11和9个氨基酸变异位点。RT-PCR证实了Pinb-allele-2基因在籽粒胚乳中的表达。Southern Blot分析结果表明,牡山羊草中含有两个拷贝的Pinb基因,其中包含着与小麦差异较大的籽粒硬度控制基因。