巴西橡胶树鲨烯合酶基因的克隆与序列分析

鲨烯合酶(SQS )是植物甾醇和三萜化合物生物合成途径中的关键酶。以巴西橡胶树为试验材料,提取胶乳总 RNA,利用 RT-PCR 以及 RACE 的方法克隆橡胶树鲨烯合酶 cDNA 编码区片段,并进行序列分析。结果表明：橡胶树鲨烯合酶 cDNA 编码区为1239 bp,编码413个氨基酸,命名为 HbSQS 。荧光定量分析表明鲨烯合酶基因在不同组织里表达水平存在明显差异,且受乙烯调控。     

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。     

萜烯生物合成中关键酶的研究进展*

萜烯类化合物是一类高度多样化的天然产物,具有抗肿瘤、抗氧化及免疫调节等生理活性,因此被广泛应用于医药健康、食品、化妆品领域。然而,直接从自然资源中获取萜烯类化合物效率低、成本高,且往往对生态环境产生不利影响,不能实现绿色可持续生产。微生物合成萜烯类化合物近年来备受关注,研究人员从合成途径的构建与调控、关键酶的理性及半理性改造、发酵工艺优化等多个方面进行了探究,取得了丰硕的成果。其中,合成途径中关键酶的催化效率是影响微生物生产萜烯类化合物的重要因素。针对关键酶的研究对于提高微生物合成萜烯类化合物的能力,推动该类天然产物微生物生产的大规模应用具有重要意义。对萜烯类化合物合成途径中的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、异戊二烯基二磷酸合成酶(IDS)和萜烯合酶(TPS)4种关键酶的研究进行了综述,并总结讨论了如何通过代谢工程和蛋白质工程手段以及合成生物学技术调节关键酶的催化活性,提高微生物合成萜烯类化合物的效率,对未来利用微生物合成萜烯类化合物的发展进行了展望。     

白皮黄瓜鲨烯合酶基因cDNA克隆及生物信息学分析

为认识葫芦科植物中葫芦素生物合成途径所需鲨烯合酶基因结构特征,克隆白皮黄瓜鲨烯合酶(squalene synthase,SS)基因c DNA并进行生物信息学分析。根据葫芦科植物绞股蓝、罗汉果、红花栝楼等的鲨烯合酶基因cDNA序列,设计白皮黄瓜鲨烯合酶引物,分别采用3'RACE和5'RACE技术扩增鲨烯合酶基因3'端和5'端。获得白皮黄瓜鲨烯合酶基因的两个cDNA克隆,命名为CsSS1和CsSS2,其cDNA序列全长分别为1 627 bp和1 534 bp,都编码417个氨基酸残基,分子质量为47.6 k D。成功克隆得到白皮黄瓜鲨烯合酶基因全长cDNA序列并对其进行序列分析,后续可用于葫芦素生物合成途径所需鲨烯合酶基因正选择位点功能分析。     

桂花萜烯合酶(TPS)的生物信息学与原核表达分析

挥发性萜烯类化合物是植物花和果实中重要的香气活性物质,萜烯合酶(TPS)的种类和功能决定物种中萜烯类物质的多样性。桂花作为重要的香花植物,萜烯类物质是其花香的重要成分,但有关桂花萜烯合酶的研究却并不多。为揭示桂花萜烯类物质的生物合成机理,该研究利用生物信息学分析了4个TPS蛋白的理化性质、亚细胞定位及其结构,在原核表达系统中进行4个TPS蛋白的体外表达,并对可溶性的TPS4重组蛋白进行了体外酶反应功能分析。结果表明:(1) 4个TPS蛋白的理化性质差异较小,但仅有TPS4蛋白定位于其他靶向,不含信号肽,延伸链的比例较低,在靠近氨基端的区域内不含延伸链。(2) 4个TPS蛋白在原核系统中均可成功表达,但仅有TPS4获得了可溶性重组蛋白。(3)将纯化的TPS4重组蛋白分别与GPP、NDP和FPP进行反应,均只检测到一种产物,分别为反式-β-罗勒烯、β-水芹烯和α-法呢烯。这为揭示植物萜烯类物质生物合成的分子机理提供了参考,对从蛋白水平研究桂花花香基因功能奠定了基础。     

植物萜类合酶研究进展

随着植物中许多有价值的萜类化合物被发现和应用于人类生活 ,萜类生物合成途径的研究倍受重视。萜类合酶催化单萜、倍半萜和二萜生物合成 ,即分别催化GPP、FPP和GGPP形成单萜、倍半萜和二萜。本文叙述了近年来在植物萜类合酶催化机理、克隆策略和萜类生物工程的研究进展     

植物萜类合酶研究进展

随着植物中许多有价值的萜类化合物被发现和应用于人类生活,萜类生物合成途径的研究倍受重视。萜类合酶催化单萜、倍半萜和二萜生物合成,即分别催化GPP、FPP和GGPP形成单萜、倍半萜和二萜。本文叙述了近年来在植物萜类合酶催化机理、克隆策略和萜类生物工程的研究进展。     

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．     

甜瓜鲨烯合酶基因克隆及酶分子结构分析

葫芦素类是主要分布于葫芦科植物中具有多种医药活性的四环三萜类化合物,目前药用葫芦素原料主要从甜瓜蒂中提取。该研究从甜瓜中克隆葫芦素类合成关键酶——鲨烯合酶(SQS)的基因,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明:DNA测序和BLASTRefSeqGene分析表明,克隆的甜瓜SQS基因片段具有完整的该酶基因开放阅读框架(ORF)序列。ORF分析显示,甜瓜SQS由417氨基酸残基构成,等电点为7.56。对推衍的甜瓜SQS氨基酸序列分析结果提示,该酶二级结构以α螺旋为主。结构域预测结果表明,SQS属于异戊二烯合酶家族,具有法呢酰基二磷酸及镁离子的结合位点。三级结构预测提示,甜瓜SQS为单体酶,其活性中心主要由几个α螺旋围绕形成的穴状结构。磷酸化位点分析显示,S~(48)处于酶活性中心相关~(47)VSRSF~(52)的模体中,而S~(196)是正选择位点,提示这两处磷酸化位点可能是甜瓜SQS酶活性调节的关键部位。以甜瓜SQS基因ORF序列构建系统发生树的系统发生分类结果与形态学分类结果一致。该研究结果为葫芦素类的生物合成调控研究提供了新的线索和实验依据。     

钙离子和水杨酸诱导灵芝多糖和三萜的合成

灵芝多糖和三萜是灵芝主要的药理活性物质。如何提高液体发酵中灵芝多糖和三萜的含量是目前研究的热点。本研究以J‐7/AL‐2菌株为例,在灵芝的液体发酵中加入10mmol/L钙离子诱导,多糖含量比对照提高34%,三萜含量提高64%。在发酵液中加入150μmol/L水杨酸(SA)诱导,多糖含量提高57.54%,三萜含量提高37.19%。在灵芝的液体发酵第12天加入10mmol/L钙离子和150μmol/L水杨酸,三萜含量提高46.9%。在不同诱导条件下,三萜的高效液相图谱(HPLC)显示钙离子与对照的差异性比较大。灵芝三萜关键酶基因的表达也有所不同。水杨酸提高法尼基焦磷酸合酶(FPS)、鲨烯合酶(SQS)和羊毛兹醇合酶(LS)基因的表达量,而钙离子和钙离子与水杨酸共同处理提高3‐羟基‐3‐甲基戊二酰辅酶A合酶(HMGS)、3‐羟基‐3‐甲基戊二酰辅酶A转录水平还原酶(HMGR)、焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶(MVD)、法尼基焦磷酸合酶(FPS)、鲨烯合酶(SQS)和羊毛兹醇合酶(LS)6个三萜关键酶基因的表达量。在3种处理下,都是SQS的基因表达量提高最多,推测SQS基因是灵芝三萜合成过程中重要的基因。