黄秋葵类胡萝卜素合成基因LCYB的克隆与分析

本研究应用RT-PCR和RACE技术克隆得到cDNA全长1797 bp的黄秋葵番茄红素β-环化酶基因LCYB,开放阅读框(ORF) 1509个碱基;预测编码503个AA,理论分子量(Mw)为56.288 kD,等电点(pI)为4.577;编码的蛋白与陆地棉(Gossypium raimondii)、黄麻(Corchorus olitorius)和可可(Theobroma cacao)同源蛋白的相似性均在88%以上,显示其高度的保守性,将基因命名为HyLCYB,GeneBank登录号为：KX257998。Motif Scan分析显示,蛋白氨基酸序列88 ~ 481位为HyLCYB保守结构域,并在88 ~ 113位含有1个FAD结合域。通过荧光定量PCR 分析表明,LCYB基因在黄秋葵根、茎、叶、花和果荚中都有表达;叶片生长中以成熟叶中表达最高,果实发育中以花后7天高表达。建立与优化了黄秋葵类胡萝卜素超高效液相检测体系,黄秋葵中主要含有β-胡萝卜素和叶黄素。β-胡萝卜素在成熟叶中含量最高, 果实以花后7天的果实含量最高,与LCYB基因的表达存在一定的相关性。     

矮牵牛PMADS9基因启动子的克隆及分析

矮牵牛PMADS9基因是MADS-box基因AGL15亚家族的成员。该亚家族基因可能具有调控开花时间、抑制花器官衰老脱落和促进体胚形成等功能。本文应用YADE和hiTAIL-PCR等方法,克隆了PMADS9基因5′端翻译起始位点上游1853bp的启动子区域序列(FJ798977);RACE分析发现该基因至少有4个转录起始位点,2个位于编码区第一外显子内。启动子调控元件分析显示,PMADS9启动子富集花粉和种子发育过程中特异表达元件和与环境应答相关的元件;AGL15同源基因启动子存在非常保守的RY-repeat元件,启动子的保守性与物种的遗传距离不一致;推测PMADS9启动子翻译起始位点上游200～400bp和800～1000bp区域具重要功能。     

不同色彩矮牵牛DFR基因的克隆与生物信息学分析

二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)是花色素合成途径中的一个关键基因。以新疆种植的白、红和蓝色矮牵牛为试验材料,通过同源克隆的方法从花中克隆到3个完整的DFR基因的全长编码序列(CDS),与已知的矮牵牛DFR基因(GenBank登录号:X15537)序列的相似性分别为97.79%、96.59%和97.99%,分别命名为PhDFR1,PhDFR2和PhDFR3;3个基因编码380个氨基酸,同已知矮牵牛DFR基因编码的蛋白(GenBank登录号:CAA33544)的同源性分别是95.53%、94.21%和95.79%;生物信息学分析表明,3个蛋白均具有NADB-Rossmann家族中高度保守的NADPH结合位点、底物特异性结合位点。3个矮牵牛品种DFR都不具有信号肽,为亲水蛋白,定位于细胞质的可能性最高;均具有两个跨膜结构,α-螺旋和β-折叠是3个DFR的主要二级结构元件,并且形成了β-α-β-α-β的Rossmann折叠,整本上呈对称分布。利用同源建模分析3个DFR蛋白与已知葡萄的DFR晶体结构有很高的相似性。系统进化树分析表明,PhDFR1、PhDFR2、PhDFR3与已知矮牵牛DFR蛋白亲缘关系最近。     

bgIS基因的亚克隆及功能分析

带有枯草杆菌B一1,3—1,4葡聚糖酶基因(bglS)7．1kb的EcoRⅠ片段,经亚克隆,将1．5kb的EcoRⅠ—PstⅠ酶切片段插入pucl9的po1ylinker上,转化E．Coil JM101后合成出β-l,3－l,4葡聚糖酶,它能专一性地降解大麦β－1,3—1,4葡聚糖和地衣多糖,酶的大部分(>50％)留在胞内,其中25％分泌到胞外。根据酶特性分析,大肠杆菌中合成的β一1,3—1,4葡聚糖酶完全与出发菌株枯草杆菌相同。     

矮牵牛新种质的花色表型及花色素分析

以27个上海交通大学自育矮牵牛新种质为研究材料,对花色这一重要观赏性状及其花色素进行了系统研究。用RHSCC比色和色差仪测色方法描述了矮牵牛的花色表型,通过特征显色反应初步判断了矮牵牛的花色素类型,以标准曲线法和pH示差法等方法测定了矮牵牛3类花色素的含量。研究表明：这27个矮牵牛种质的花色可归于5个色系,以紫红色和红色为主;矮牵牛花色在CIELab表色系统中分布较广,而且不同色系花色参数的区分度较大。矮牵牛花瓣中含有类黄酮和花色苷,不含或含少量类胡萝卜素。13个被测种质的花瓣类黄酮含量在2.5～12.2 mg·/g–1 ·FW之间,花色苷含量在0.08～3.88 mg·g–1 FWmg/g·FW之间,而类胡萝卜素在矮牵牛花瓣中含量很低,远远低于类黄酮含量,在7个被测种质中,最高仅为0.216 mg·g–1 FWmg/g·FW,最低为0.004 mg·g–1 FWmg/g·FW。以上结果显示,5个色系矮牵牛所含花色素种类不尽相同,含量也有明显差异,其中紫红色系和红色系花瓣大多不含或含极少量类胡萝卜素,黄色系、白色系和紫色系花瓣的类黄酮含量较高,紫色系和紫红色系花瓣花色苷含量较高。     

通过番茄红素环化酶的优化构建β-胡萝卜素高产菌株

目标产物的合成途径往往需要对关键酶的来源、表达水平等因素进行系统性优化才能实现代谢通量的最大化。β-胡萝卜素是一类具有重要应用价值的萜类化合物,其中番茄红素环化酶(Lycopene cyclase,CrtY)是β-胡萝卜素合成途径中的关键酶,能够催化FAD依赖的环化反应将番茄红素转化合成β-胡萝卜素。本研究通过对CrtY的系统优化提高β-胡萝卜素的合成水平,并确定CrtY的表达对代谢通路的影响。在大肠杆菌中以番茄红素合成模块为基础,通过引入番茄红素环化酶基因crt Y构建了β-胡萝卜素合成模块。并进一步利用寡聚接头介导的DNA组装方法 (Oligo-linker mediated assembly method,OLMA)引入一系列不同强度的人工设计的核糖体结合位点(Ribosome-binding site,RBS),对CrtY的表达强度、基因来源等因素进行高通量的优化。通过OLMA文库构建和平板筛选,获得了5株高产β-胡萝卜素的工程菌株。在摇瓶中,5株工程菌株的β-胡萝卜素产量可达15.79-18.90 mg/g DCW(Dry cell weight),比优化前提高了65%。进一步选取了其中的CP12菌株,在5 L发酵罐上,利用高密度培养技术验证工程菌株合成β-胡萝卜素的能力。最终β-胡萝卜素产量可达1.9 g/L。RBS强度分析及代谢中间体分析表明,适当地降低CrtY表达强度能够有利于β-胡萝卜素模块相关基因之间协同发挥作用。以上结果为β-胡萝卜素合成途径的优化规律提供了理论指导。     

番茄红素β-环化酶基因的玉米转化及 后代遗传分析

利用农杆菌介导法将番茄红素β-环化酶基因(Lycb)转入由玉米自交系天塔五号植株,分析基因在T0转化及后代的遗传情况,结果表明,在27株T0转基因植株中,PCR初步检测后8株呈阳性;将T1代转基因植株以株系为单位用200mg/L草铵膦抗性筛选后,收获抗性植株种子。T2代转基因植株进一步进行PCR、RT-PCR和田间草铵膦涂抹检测,结果表明,PCR、RT-PCR为阳性的6个株系植株均具有草铵膦抗性。选取6株阳性植株提取叶片总类胡萝卜素,经HPLC分析其β-胡萝卜素含量显著高于野生型,表明目的基因Lycb成功的转入玉米,并得到了稳定遗传。     

黄秋葵八氢番茄红素脱氢酶基因的克隆与分析

该研究根据黄秋葵(Hibiscus esculentus L.)转录组测序获得的八氢番茄红素脱氢酶基因(HePDS)序列(GenBank登录号为MG372370)设计引物,克隆验证得到1条HePDS基因全长为2 020 bp cDNA,开放阅读框(ORF)包含1 686个碱基;预测其编码561个氨基酸,理论分子量为62.62 kD,等电点为8.155;编码的蛋白与海岛棉(Gossypium barbadense)、雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)、陆地棉(Gossypium hirsutum)同源蛋白的相似性均在93%以上,均含有1个保守的二核苷酸结合域和1个类胡萝卜素结合域,显示其高度的保守性。荧光定量PCR 分析表明,HePDS基因在黄秋葵根、茎、叶、花和果荚中均有表达;叶发育过程以嫩叶中表达最高,果实发育中以花后2 d表达量最高。类胡萝卜素含量随着叶、果实发育逐渐升高,成熟叶的含量最高,果实以花后4 d含量最高,且HePDS基因的表达与类胡萝卜素含量存在密切的相关性。该研究结果为进一步探讨HePDS基因的功能和调控机制,以及采用VIGS和CRISPR/Cas9技术开展黄秋葵基因功能的反向遗传学研究奠定了基础。     

叶子花脱落酸生物合成关键酶基因NCED的克隆及调节开花功能初探

以叶子花品种‘大红宝巾’(Bougainvillea glabra‘Mrs Butt’)的2年生扦插苗为试验材料,克隆到了一个9-顺式-环氧类胡萝卜素双氧合酶(NCED)同源基因,并分析了内源脱落酸(ABA)含量及NCED活性等变化与该基因表达之间的内在联系,探讨ABA对促进叶子花开花的作用机理。结果表明:(1)外源50mg·L-1 ABA处理促进了叶子花开花,而与10μmol·L-1的去甲二氢愈创木酸(NDGA,ABA合成抑制剂)共处理可抑制这种效果。(2)外源ABA处理可诱导叶子花叶片中内源ABA含量和NCED含量与活性上升,这种诱导可被NDGA抑制。(3)克隆得到的NCED基因全长为2 380bp,其推定的编码蛋白包含618个氨基酸残基,与草莓中的FvNCED1同源性最高,命名为BgNCED1。(4)Real-time PCR结果显示,外源ABA处理显著诱导BgNCED1基因的表达,而10μmol·L-1的NDGA可显著抑制BgNCED1基因的诱导效果,这种表达模式与内源ABA含量及NCED活性等的变化趋势较为一致。研究认为,外源ABA可能通过诱导BgNCED1的表达,增强内源ABA的生物合成,进而促进叶子花从营养生长到生殖生长的转变,使其提前开花。     

除虫菊TcALDH和TcGLIP基因启动子克隆及功能分析

天然除虫菊酯是从除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)中提取的绿色植物源生物杀虫剂。醛脱氢酶(TcALDH)和GDSL脂肪酶(TcGLIP)是除虫菊酯生物合成途径中的关键限速酶。为探究TcALDH和TcGLIP基因的功能,该研究从除虫菊无性系‘W99''中克隆得到TcALDH和TcGLIP基因的启动子,并通过生物信息学分析、组织化学染色(GUS染色)、荧光素酶报告实验和外源植物激素处理实验对其启动子的调控元件、启动子活性、激素诱导特异性和组织特异性进行分析。结果表明:(1)克隆得到的TcALDH和TcGLIP启动子序列分别为2 848、1 343 bp,均含有多个与逆境应答和激素信号相关的顺式作用元件。(2)分别构建了启动子和荧光素酶融合的植物表达载体,在烟草叶片中观察荧光成像发现,TcALDH启动子具有茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)激素诱导特异性。(3)用MeJA和ABA处理除虫菊‘W99''组培苗发现,TcALDH的表达量在12 h内受ABA诱导时上调,受MeJA诱导时先升高后降低,TcGLIP的表达量受ABA和MeJA诱导下调。(4)分别构建了TcALDH和TcGLIP启动子与GUS基因融合的植物表达载体,转化烟草并对其转基因叶片进行GUS活性染色发现,TcALDH启动子在烟草叶片腺体、腺毛头部及叶肉细胞中表达,而TcGLIP启动子仅在烟草叶肉细胞中表达。综上认为,TcALDH和TcGLIP的启动子具有组织特异性,TcALDH启动子具有MeJA和ABA激素诱导特性。该研究结果为除虫菊TcALDH和TcGLIP基因参与除虫菊酯合成的调控机制提供了新见解。     

重叠延伸PCR克隆三孢布拉霉carRA基因及其功能活性检测系统的构建

三孢布拉氏霉菌CarRA蛋白,既有番茄红素环化酶功能活性又有八氢番茄红素合成酶功能活性,为了对CarRA蛋白进行双功能活性分析,及探测CarRA蛋白的番茄红素环化酶功能活性位点,构建了在大肠杆菌体内通过颜色互补检测两种酶活性的系统。通过重叠延伸PCR的方法克隆得到了carRA基因,并构建原核表达载体pET28a-carRA,与携带crtI/crtB/crtE基因簇的质粒pAC-LYC共转化BL21(DE3),验证番茄红素环化酶功能活性;与以pAC-LYC为基础构建的携带crtI/crtE基因簇的质粒pAC     

西瓜八氢番茄红素合成酶基因片段的克隆和序列分析

以西瓜品种ZXG00152为材料,提取瓜瓤总RNA,进行反转录,依据植物八氢番茄红素合成酶(PSY)的氨基酸保守序列设计引物,以cDNA第一链为模板,扩增得到长约750 bp的cDNA片段。将该片段克隆到pMD19-T载体,测序结果表明该基因片段长748 bp,编码249个氨基酸,Blast搜索结果表明,由该片段推导出的氨基酸序列与其它植物的八氢番茄红素合成酶有较高的同源性,其中与甜瓜的一致性达到97.8%。该片段已在GenBank中登录(登录号:DQ494214)。     

苎麻细胞质雄性不育"三系"ISSR特异片段克隆和序列分析

利用ISSR分子标记技术对苎麻细胞质雄性不育"三系"mtDNA进行多态性分析;在选用的38个IS-SR引物中,有6个引物的扩增产物在不育系、保持系和恢复系之间存在差异。对这些特异性片段进行克隆和序列测定,结果表明:片段21-MS全长956bp,包含一个525bp的完整编码区,共编码174个氨基酸。片段31-M/R全长778bp,包含一个404bp的不完整编码区,共编码134个氨基酸;其核苷酸和氨基酸序列与已报道的多种植物中的番茄红素β-环化酶基因分别存在71～76和73～77的同源性。     

苎麻细胞质雄性不育“三系”ISSR 特异片段克隆和序列分析

利用ISSR 分子标记技术对苎麻细胞质雄性不育“三系”mtDNA 进行多态性分析; 在选用的38 个ISSR引物中, 有6 个引物的扩增产物在不育系、保持系和恢复系之间存在差异。对这些特异性片段进行克隆和序列测定, 结果表明: 片段21-MS 全长956 bp , 包含一个525 bp 的完整编码区, 共编码174 个氨基酸。片段31-M􊄯R 全长778 bp , 包含一个404 bp 的不完整编码区, 共编码134 个氨基酸; 其核苷酸和氨基酸序列与已报道的多种植物中的番茄红素β-环化酶基因分别存在71%～76%和73%～77%的同源性。     

灵芝β-葡萄糖苷酶基因的克隆与功能分析

灵芝是我国著名的药用真菌,具有抗癌、抗肿瘤等功效。灵芝酸属于三萜类化合物,是灵芝的主要活性成分,并已成为评价灵芝品质的重要指标之一。β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BG)是次生代谢产物合成途径中的关键限速酶,能够调节次生代谢产物的生物合成。本研究通过同源序列比对,注释获得了灵芝β-葡萄糖苷酶基因(GlBG),并通过RNAi技术对灵芝β-葡萄糖苷酶进行功能分析。序列分析结果显示GlBG基因的DNA全长为2 759 bp,包含7个外显子和6个内含子,编码793个氨基酸,其编码的蛋白序列中含有β-糖苷水解酶的2个保守结构域。灵芝β-葡萄糖苷酶基因的沉默转化子中灵芝酸含量比野生型菌株的灵芝酸含量平均降低了38%,并且灵芝酸生物合成途径中的关键酶基因(hmgs、hmgr、fps、sqs和osc)的表达量也显著下降,实验结果表明灵芝β-葡萄糖苷酶在灵芝酸生物合成过程中具有重要作用,并为灵芝次生代谢途径及其调控机制提供了参考。     

矮牵牛PhTPS5基因的克隆与表达分析

海藻糖 6 磷酸合成酶（Trehalose 6 phosphate synthase）基因TPS是海藻糖生物合成途径中的关键基因之一。该研究从矮牵牛 (Petunia hybrida)中分离了TPS5的同源基因PhTPS5。该基因开放阅读框（ORF）为2 595 bp,编码864个氨基酸。推测PhTPS5蛋白的分子式为C⁴³⁶³H⁶⁸²⁵N¹¹⁷³O¹²⁸⁹S³⁷。组织特异性表达分析显示：PhTPS5基因在根中表达量最高,叶片中的表达量最低;去顶6 h能够显著促进PhTPS5基因的表达,但24 h后表达量明显下降;去顶后施加生长素则能够有效抑制去顶对PhTPS5基因表达的调节;施加细胞分裂素6 h后PhTPS5基因的表达水平显著上调,但随着处理时间的增加,其表达水平有所下降。该研究为进一步揭示TPS途径在矮牵牛分枝发育中的调控机制奠定了理论基础。     

玉米异戊烯基焦磷酸异构酶基因的克隆及其功能分析

以玉米嫩叶为材料,采用RT-PCR技术克隆了植物萜类物质前体生物合成过程最后一个关键酶--异戊烯基焦磷酸异构酶(IPI)基因的全长cDNA,命名为ZmlPI(GenBank登录号为AY738148),该基因cDNA全长为1 382 bp,包含1 104 bp的开放阅读框,编码367个氨基酸残基.颜色互补分析表明ZmlPI能推动工程菌XLI-Blue pTreZmlPI pAC-BETA超量表达β-胡萝卜素,证实ZmIPI具有典型的IPI基因的功能.     

花生β-1,3-葡聚糖酶基因启动子的克隆及功能分析

植物β-1,3-葡聚糖酶属于一种重要的植物病程相关蛋白（PR蛋白）,容易受到激发子的诱导而积累。用1.5 mmol/L水杨酸 （Salicylic Acid,,SA）对花生品种花育20号幼苗进行诱导处理,提取RNA利用 Real-time PCR技术检测β-1,3-葡聚糖酶基因的表达量。结果表明经诱导后24h,β-1,3-葡聚糖酶基因的表达量达到最高,是未经SA诱导的1.8倍。根据花生β-1,3-葡聚糖酶基因 cDNA序列（GenBank JQ801335）设计三个嵌套的5＇端特异引物,以花育20号基因组DNA为模板,利用TAIL-PCR方法扩增得到973bp的花生β-1,3-葡聚糖酶基因上游启动子片段, ,命名为Ah-Glu-Pro,,在NCBI网站注册序列号为GenBank KC290400。PLACE 和 PlantCARE 启动子在线预测分析表明,Ah-Glu-Pro序列中含有TATA-box和CAAT-box等核心元件,还含有病原菌及SA响应的顺式调控元件。根据Ah-Glu-Pro序列设计上下游引物,采用普通PCR法从花育20号基因组中扩增得到931bp的启动子序列,命名为Ah-Glu-P。将Ah-Glu-P取代pCAMBIA1301质粒中的CaMV35S启动子,构建植物表达载体 pCAMBIA1301-Ah-Glu-P。通过农杆菌介导法将 pCAMBIA1301-Ah-Glu-P 转化洋葱表皮细胞,经5.0 mmol/L SA诱导处理48h后进行GUS染色。结果表明：经SA诱导后的洋葱表皮细胞GUS染色显示为蓝色,未经诱导的洋葱表皮细胞GUS染色未显示蓝色,说明Ah-Glu-P是一个诱导型的启动子,可能含有对SA响应的顺式调控元件。     

转查耳酮合酶基因矮牵牛共抑制的研究

查耳酮合酶是花色素合成途径的一个关键酶. 将查耳酮合酶基因(chalcone synthase A, chsA)导入矮牵牛(Petunia hybrida)后, 转基因植株的外源与内源chsA基因一起发生共抑制, 导致花色改变. 将β-葡糖苷酸酶基因(uidA)连在chsA基因下游形成融合基因, 通过土壤农杆菌介导的途径转化矮牵牛. 利用GUS组织染色检测到共抑制的发生具有发育特异性, 在花组织发育时期开始发生, 发生的起始需要内源基因与外源基因的相互作用. RNA原位杂交实验表明, 共抑制的发生没有组织特异性, 且初步表明共抑制发生后, RNA可能是在细胞质中发生降解的.     

矮牵牛中查尔酮合成酶基因A (chsA) 2个启动子的克隆和分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是类黄酮类物质生物合成途径中的第一个关键酶,其控制基因chs为超家族基因.根据前人报道的矮牵牛查尔酮合成酶基因A(chsA)启动子的保守序列设计1对特异性引物,从矮牵牛基因组DNA中通过1次PCR同时扩增出长为550 bp和354 bp的启动子(分别命名为PchsA-L和PchsA-S,GenBank登录号:EF199747和EF199748),其中PchsA-L与PchsA-S相比,除个别碱基有差异外,在88～269 bp多出一段182 bp的序列,其中103～201 bp含有典型的内含子特征.应用DNAStar软件分析表明2条序列均含有普通启动子的保守序列TATA box、CCAAT box、capsite(CCATAA),并含有花中特异表达启动子的特征序列TACPyAT box、anther box(TAGAAGTGACAGAAAT)、G-box(CACGTG)、box1元件(ATGTCACGTGCCATC)和box2元件(TGTGTTGAAGGTTTGCTA).对克隆启动子所用的矮牵牛后代群体进行分析,130个单株中只含有PchsA-S的有13株,只含有PchsA-L的有20株,同时含有2个启动子的有97株.2个启动子在后代中发生了分离,但其分离比并不符合1∶2∶1.克隆启动子所用的矮牵牛有14条染色体,为二倍体.DNA印迹表明2个启动子在基因组中均是多拷贝.qRT-PCR分析显示:未经过紫外光处理的花中以及经过紫外光处理的花中,PchsA-L启动子驱动的chsA基因与PchsA-S启动子驱动的chsA基因表达都未见明显差异;在紫外光处理的幼苗叶片中表达量相应地比紫外光处理的花中的表达量增高;在紫外光处理的幼苗叶片中,PchsA-L启动子驱动的chsA基因比PchsA-S启动子驱动的chsA基因表达量显著增高;而未经过紫外光处理的幼苗叶片中,PchsA-L启动子驱动的chsA基因、PchsA-S启动子驱动的chsA基因都没有检测到明显的表达信号.结果表明:在矮牵牛中chsA基因存在2个独立的启动子PchsA-L和PchsA-S;启动子PchsA-L中182 bp类内含子特征的序列具有显著提高chsA基因在紫外光处理的幼苗叶片中表达量的功能.