甘薯肉桂酸-4-羟化酶基因克隆及序列分析

肉桂酸-4-羟化酶(Cinnamic acid-4-hydroxylase,C4H,EC 1.14.13.11)是苯丙烷途径中第二步反应酶,同时也是花色素苷前体生物合成途径中关键酶。该研究根据植物C4H的同源序列设计引物,通过RTPCR结合RACE的方法,在紫色甘薯中获得了与其相应的C4H基因,命名为Ib C4H(Gen Bank登录号GQ373157)。结果表明:(1)序列分析表明Ib C4H长1 668 bp,编码505个氨基酸,该氨基酸序列与其c DNA序列与Ib C4H蛋白与马铃薯C4H蛋白序列最为接近,与苹果、黑莓、大阿米芹、油菜一致性很高,均在70%以上。(2)二级结构预测表明α-螺旋和无规则卷曲是Ib C4H蛋白最大量的结构元件,而延伸链则散布于整个蛋白中。(3)三维结构建模预测,Ib C4H蛋白具备细胞色素P450氧和铁离子结合位点等典型的C4H结构。该研究结果为进一步了解花色素苷生物合成途径中的作用奠定了基础,也为花青素生物合成分子机理和代谢调控提供了靶位点和理论参考。     

3-甾酮-9α-羟基化酶基因在分枝杆菌中的异源表达与9α-羟基雄烯二酮的制备

9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD)是制备甾体类药物的重要中间产物。3-甾酮-9α-羟基化酶(KSH)能够转化雄烯二酮(AD)产生9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD),该酶由Ksh A和Ksh B两个亚基构成。为获得高效积累9-OH-AD的重组菌株,本研究选择耻垢分枝杆菌Mycobacterium smegmatis mc2155和戈登氏菌Gordonia neofelifaecis NRRL B-59395,对其在胆固醇为唯一碳源条件下表达明显上调的ksh A和ksh B候选基因进行克隆,插入到分枝杆菌表达载体p NIT中,构建共表达质粒,并将它们导入分枝杆菌Mycobacterium sp.NRRL B-3805中,获得重组菌株。利用重组菌株分别对植物甾醇、胆固醇和谷甾醇进行生物转化,分离纯化转化产物,采用光谱学方法鉴定其化学结构,确定该转化产物为9α-羟基雄烯二酮,说明分枝杆菌Mycobacterium sp.NRRL B-3805由积累雄烯二酮变为积累9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD),进而证明导入的候选基因ksh A和ksh B确实为有功能的基因。生物转化实验表明,与胆固醇、谷甾醇相比,植物甾醇作为底物更易于转化;而用来源于耻垢分枝杆菌的ksh A、ksh B构建的重组菌转化率更高,可达90%,具有较高的应用价值。本研究通过对KSH编码基因的异源表达,成功地进行了分枝杆菌生物转化特性的改造,为探索各种甾体药物中间体的工业生产奠定了基础。     

外显子拼接法克隆紫杉烷2α-羟基化酶基因与生物信息学分析

紫杉烷2α-羟基化酶是形成紫杉醇核心骨架的羟基化反应关键酶之一,以taxusin作为底物进行氧化生成2α,7β-dihydroxytaxusin.利用蔓地亚红豆杉的总DNA为模板,采用PCR技术克隆出紫杉烷2α-羟基化酶的DNA序列,利用在线比对和生物学软件分析其内含子,采用外显子拼接法克隆出紫杉烷2α-羟基化酶基因的cDNA序列.测序结果表明该基因含有1个1 488 bp的开放阅读框,编码495个氨基酸的多肽;同源性比较分析结果表明,其碱基序列及氨基酸序列与已经报道的加拿大红豆杉的紫杉烷2α-羟基化酶基因的一致性为分别为98%和89%.利用SWISS-PROT、DNAMAN等生物信息学工具对其列进行了序列分析,为利用代谢工程的方法生产紫杉醇或其前体物质提供了分子基础.     

紫杉烷13α-羟基化酶基因的克隆及其转化烟草的研究

本研究利用东北红豆杉(Taxus cuspidata )cDNA文库作为模版,通过PCR技术扩增得到我国东北红豆杉紫杉烷13α-羟基化酶(Taxane 13α-hydroxylase,简称13OH)的全长cDNA,将PCR产物克隆到pGM-T载体后测序结果表明该序列长度为1458bp。同源性比较分析结果表明：其碱基序列与已经报道的东北红豆杉(Taxus cuspidata)的13OH基因的一致性为99.38%,其氨基酸序列同与已经报道的东北红豆杉的13OH氨基酸序列的一致性为99.18%。将获得的cDNA全长序列正向插入到含有GUS报告基因的pCambia1305.1后成功地构建出东北红豆杉13OH植物表达载体pC13OH,通过电击法把pC13OH转入根癌农杆菌GV3101中。利用该工程菌株对普通烟草进行了转化,在潮霉素选择压力下获得了完整的再生植株。利用13OH基因特异引物,通过PCR技术筛选到4株阳性再生植株。在这4株再生植株中,有3株植株GUS报告基因的组织化学染色呈现阳性反应,表明该植物载体表达载体中与13OH相融合的GUS基因成功地得到了表达。本研究为今后深入研究13OH基因在烟草中的表达和开展紫杉烷13α-羟基化酶基因对红豆杉细胞的转化以及研究作用于该基因的小RNA调节子打下了基础。     

烟草肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸-辅酶A基因的

肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、4-香豆酸-辅酶A(4CL)是烟草苯丙烷代谢途径的关键酶,其多酚类产物与烟草品质密切相关。本研究以酚类物质含量合成差异较大的2个烤烟品种红花大金元(HD)和K326为试验材料,利用同源克隆技术获得这2种烟草Ntc4h和Nt4cl基因的cDNA序列并进行表达特性分析。结果表明,在2个品种中Ntc4h和Nt4cl各有2个同源基因,Ntc4h1、Ntc4h2、Nt4cl1和Nt4cl2的ORF长度分别为1518 bp、1518 bp、1644 bp和1629 bp。Nt4cl1、Ntc4h1和Ntc4h2在编码序列上存在品种间差异。实时荧光定量PCR分析结果表明,该2种酶的基因在烟草中具有明显的时空表达特异性,2种酶基因在根、茎、叶、花和萼片中都有表达,在茎的木质部和韧皮部中的表达量均显著高于其他组织;在圆顶期和适熟期表达水平较高,在适熟期达到最高;且两品种中的表达模式存在差异。     

蠼螋肠道中碱性内切葡聚糖酶基因的克隆表达及功能分析

【目的】从蠼螋肠道细菌菌株Q5中获得一个新型耐碱纤维素酶基因,通过异源表达、酶学性质及功能分析,旨在为以后进一步研究开发高温碱性纤维素酶提供一些理论参考。【方法】采用刚果红平板初筛法,从河南南阳宝天曼国家级自然保护区落叶堆下的昆虫蠼螋肠道中,获得具有分泌较高活性碱性纤维素酶的细菌菌株。基于该菌株的形态学、生理学及16S rRNA序列特征等对高活性菌株进行分类鉴定。并通过设计简并引物,从高活性菌株中克隆出该菌株的纤维素酶基因,并进行序列分析,并导入大肠杆菌BL21中表达。【结果】获得1株具有分泌较高活性碱性内切葡聚糖酶的细菌菌株Q5,经鉴定为甲基营养型芽孢杆菌,进一步从Q5菌株中成功克隆出该菌株的一个全长1500 bp的内切葡聚糖酶基因(GenBank KR067575),在NCBI比对后发现该基因的氨基酸序列与芽孢杆菌菌株LM 4-2的耐碱性β-1,4-内切葡聚糖酶基因(AKE23721.1)有98%的同源性。重组菌经优化培养,细胞破碎后上清液中的酶活力可达3.46 U/mL,是出发菌株Q5(2.05 U/mL)的1.69倍。经正交实验优化后的酶活力为4.99 U/mL。酶学性质研究表明:该酶的最适反应温度与pH值分别为50°C与pH 8.5,在pH 8.0和9.0保温48 h,其酶活力仍然维持到最高酶活的82%和81%;该酶在50°C以下较稳定,60°C以上酶活迅速降低。10 mmol/L的Ca~(2+)和Mg~(2+)对酶的活性有明显促进作用,重组酶Ega5的K_m和V_(max)分别是2.217 mol/mL和9.606μmol/(min·L)。该重组酶对棉花黄萎病病原菌大丽轮枝菌具有显著抑制作用。【结论】本文首次从蠼螋肠道中筛选到了一株产碱性内切葡聚糖酶的细菌菌株并从中克隆出了一个碱性纤维素酶基因,为该酶在碱性条件的应用奠定了理论基础。     

枯草杆菌内切葡聚糖酶基因的克隆及表达

以质粒Ｐｕｃ１８为载体,从枯草杆菌（Ｂａｃｉｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）ＤＢ１０４基因组中克隆到一个内切葡聚糖酶基因。限制酶切分析表明重组质粒中的插入片段为３.５ｋｂ,其中各含有一个ＥｃｏＲＩ,ＨｉｎｄⅢ和ＰｖｕⅡ位点。该插入片段含有一完整的内切葡聚糖酶基因,其自身启动子能被大肠杆菌转录系统所识别。当加入ｌａｃＺα基因启动子的诱导物ＩＰＴＧ后,内切葡聚糖酶表达量提高２.８倍。加入０.５％葡萄糖能抑制该基因的表达。该基因在大肠杆菌ＤＨ５αＦ′中表达的内切葡聚糖酶分布为：胞外６７.３％,胞间周质３.９％,胞内２８.８％。Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交证实了该插入片段来自供体菌Ｂ．ＳｕｂｔｉｌｉｓＤＢ１０４。     

分枝杆菌Mycobacterium sp. NwIB-01 3-甾酮-9α-羟基化酶基因的克隆、异源表达及分离纯化

3-甾酮-9α-羟基化酶(KSH)是微生物甾体降解途径中的关键酶,在甾体药物制备中有重要价值。以本实验室从土壤中自行筛选的分枝杆菌Mycobacterium sp.NwIB-01为出发菌株,利用红平红球菌Rhodococcus erythropolis SQ1已报道的ksh序列与已全基因组测序的分枝杆菌序列数据库进行比对分析,根据同源基因设计简并引物获得部分ksh序列,通过染色体步移扩增出全长ksh(命名为M.S.-ksh),该基因与耻垢分枝杆菌M.smegmatis mc2155的ksh同源性为85%。构建pET32-ksh表达载体,转化大肠杆菌BL21(DE3),获得高表达重组转化子菌株,经IPTG低温诱导,SDS-PAGE电泳分析,目的蛋白主要为可溶性表达,表达量占菌体总蛋白的30%以上,用Ni2+亲和层析柱纯化,纯度达90%以上。本研究为利用基因工程菌进行工业化生产甾体药物奠定了基础。     

海藻糖合酶基因的克隆及其植物表达载体的构建

以担子菌灰树花的菌丝体中提取总ＲＮＡ,并纯化出ｍＲＮＡ,ｍＲＮＡ经反转录合成ｃＤＮＡ第一链,以ｃＤＮＡ第一链为模板经ＰＣＲ扩增海藻糖合酶（Ｔｓａｓｅ）基因,获得一长约２．２ｋｂ的片段,把该片段连接一ｐＧＥＭ－Ｔ－ｅａｓｙ ｖｅｃｔｏｒ上进行测序,其全长共２１９９ｂｐ。随后将此片段以正向插入植物表达载体ｐＢＩ１２１的ＨｉｎｄⅢ＋Ｘｂａｌ位点构建ｐＵＢ,再把海藻糖合酶基因以正向插入载体ｐＵＢ的ＢａｍＨ     

烟夜蛾几丁质酶基因的克隆与表达

运用RT-PCR技术扩增编码烟夜蛾Helicoverpaassulta(Guen啨e)幼虫几丁质酶基因的cDNA片段,将其克隆至pMD18-T载体,获得该基因的成熟蛋白阅读框序列。将该基因重组到表达型质粒pGEX-4T-2中,并转化入原核细胞中表达,序列测定结果表明,烟夜蛾幼虫几丁质酶基因的成熟蛋白阅读框全长1338bp,编码445个氨基酸残基,预测分子量和等电点分别为50.1kDa和9.26;推导的氨基酸序列与其近缘种棉铃虫几丁质酶氨基酸序列的一致性达99%,与其他6种昆虫几丁质酶的氨基酸序列也高度一致(65%~76%),并具有几丁质酶的典型特征。将该基因克隆到原核表达载体pGEX-4T-2上并转化BL21,SDS-PAGE和Western印迹分析表明,经IPTG诱导,76kDa附近没有特异蛋白条带出现,表明烟夜蛾几丁质酶基因不能在原核表达载体pGEX-4T-2中表达。     

甘蔗类异黄酮还原酶(IRL)基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR技术从甘蔗中克隆So IRL基因,用生物信息学方法对获得的氨基酸序列进行分析,利用荧光定量PCR技术研究So IRL基因在甘蔗不同组织和不同胁迫条件下的表达特性。结果表明,克隆获得甘蔗So IRL,Gen Bank登录号为KF808324。该c DNA全长1 169 bp,含有1个927 bp的完整开放阅读框(ORF),编码309个氨基酸。系统进化树分析显示,甘蔗So IRL与玉米的IRL蛋白亲缘关系较近。q RT-PCR分析表明So IRL在甘蔗根、茎、叶中均有表达;在RSD病菌及低温(4℃)、聚乙二醇(PEG)、Na Cl和脱落酸(ABA)4种非生物胁迫下均被诱导表达,但表达模式不同。说明该基因可能参与甘蔗应答RSD过程,并可能在非生物胁迫中也发挥了作用。     

Isolation and Analysis of Cinnamic Acid 4-Hydroxylase Homologous Genes from a Hybrid Aspen,Populus kitakamiensis

Cinnamic acid 4-hydroxylase (CA4H) is the second enzyme involved in phenylpropanoid biosynthesis and is a member of the cytochrome P-450 superfamily. Three CA4H homologous genes, cyp73a, cyp73b, and cyp73c, and a cDNA clone of cyp73a were isolated from a genomic library and a cDNA library of a hybrid aspen; Populus kitakamiensis, and were characterized. They might be interrupted by two introns each. cyp73a and cyp73b were very similar to each other not only in coding regions but also in non-coding regions. Southern blot analysis showed that four homologous genes for CA4H constructed a small gene family in the diploid genome of P. kitakamiensis. In the promoter regions, there were many common m-element-like sequences in phenylpropanoid biosynthesis genes.     

马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)Pm-CTSL基因的克隆及表达分析

组织蛋白酶L (cathepsin L, CTSL)是无脊椎动物体内非特异性免疫的重要组成部分。为了研究马氏珠母贝CTSL (Pm-CTSL)的功能,本实验利用RACE技术克隆获得了Pm-CTSL基因,并对其结构和组织表达模式进行了分析。结果表明,Pm-CTSL基因c DNA序列全长为1 237 bp,其中开放式阅读框957 bp,5'UTR69 bp,3'UTR 211 bp,共编码氨基酸318个。结构域分析发现Pm-CTSL具有CTSL两个典型的结构域Inhibitor_I29和Pept_C1。Pm-CTSL也具有信号肽、保守序列ERFNVN和GNFD、两个潜在的N-糖基化位点和催化活性位点三联体残基(Cys, His和Asn)。多序列比对结果表明Pm-CTSL与太平洋牡蛎的同源性最高,为42%;系统进化分析发现,Pm-CTSL与虾夷扇贝等贝类聚为一支。实时荧光定量分析发现,Pm-CTSL在肝胰腺中显著高表达(p<0.05),表明Pm-CTSL可能参与马氏珠母贝的免疫应答。本研究为进一步探讨CTSL在马氏珠母贝非特异性免疫应答中的作用提供了基础资料。     

地黄扩展蛋白基因RgExpA1的克隆与表达分析

采用RT-PCR方法对9个地黄扩展蛋白基因在地黄不同组织器官、不同发育时期的表达特点进行了分析,在此基础上用RACE方法克隆了主要在根中表达的RgExpA1基因的全长,并对该基因编码氨基酸的功能位点、拼接方式以及与同源基因的进化关系作了初步分析。     

砂藓抗旱相关基因RcSOD的克隆及表达分析

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)是植物抗氧化系统的关键酶,在植物应对各种环境胁迫的过程中发挥重要的作用。本研究在砂藓(Racomitrium canescens)干旱胁迫转录组数据中发现一个表达量上调的SOD基因,将其命名为RcSOD。通过RT-PCR技术对RcSOD的开放阅读框进行了克隆及相关的生物信息学预测分析。通过实时荧光定量PCR (qPCR)对砂藓复水和脱水过程中RcSOD基因的表达量变化进行了检测分析。结果显示,该基因c DNA全长1 230 bp,开放阅读框长555 bp。RcSOD编码蛋白质的氨基酸数为184,相对分子质量为18.9 kD,理论等电点为5.94,不稳定指数为18.35,总平均亲水性为-0.172,预测该蛋白为疏水性蛋白,属于非跨膜、非分泌型蛋白,含有Cu/Zn SOD结构域。系统进化分析表明,RcSOD与藓类Cu/Zn SOD蛋白属于同一分枝。实时荧光定量PCR结果显示,RcSOD基因在复水和干旱的条件下均有差异性表达,在脱水过程中显著上调,初步推测RcSOD可能参与砂藓干旱胁迫应答反应。本研究对进一步研究砂藓中Cu/Zn SOD基因的生物学功能具有推动作用。     

陆地棉GhPS2基因的克隆和表达分析

卤代酸脱卤酶(HAD)在调节植物生长发育和响应磷缺乏胁迫方面具有重要作用。该研究基于前期陆地棉根部低磷胁迫基因差异表达序列数据分析,以陆地棉新陆早19为材料,对GhPS2基因进行克隆,并对其基因组DNA与cDNA测序分析,借助生物信息学方法分析GhPS2的基因结构和进化关系;采用荧光定量PCR(qRT-PCR)的方法检测该基因于根、茎、叶、花4个器官的基因表达量变化和低磷胁迫下0,4,12,24,72 h的相对表达。结果表明,(1)成功获得陆地棉GhPS2基因,该基因的开放阅读框序列长度813 bp,编码270个氨基酸,存在3个内含子,属于HAD家族,其中存在1个保守结构域名为Put-Phosphatase。(2)序列比对和进化分析显示,陆地棉GhPS2与其他棉种PS2、榴莲PS2的相似性分别为93%和83.15%。(3)qRT-PCR结果表明,GhPS2基因在根中表达量最高,其次是茎和花,在叶中表达量最低,该基因在低磷胁迫4 h时相对表达量达到最高值,低磷胁迫72 h时是适磷处理的16.66倍。研究表明,GhPS2基因属于低磷胁迫响应基因,在棉花响应低磷胁迫过程中具有重要作用。     

小鼠白细胞介素4基因的化学合成、克隆与表达

利用381A型DNA合成仪,分29个寡聚核苷酸片段化学合成了小鼠IL-4全基因,共442bp。以pUC12质粒作为载体,将所有合成片段分前后两组进行磷酸化、退火、连接和克隆,经过菌落原位杂交、酶切鉴定和质粒DNA序列分析,分别得到了含有小鼠IL-4前后两半基因片段的两种重组质粒,回收前半基因片段,插入到含有后半基因重组质粒的EcoRI和PstI酶切位点之间,成功地得到了含有小鼠IL-4全基因的重组质粒pFR101。将全合成基因插入到质粒pSM53中,得表达质粒pFR105,转化大肠杆菌TAP106,根据IL-4对CTLL细胞的作用,肯定了TAP106(pFR105)细菌中有小鼠IL-4活性蛋白的表达。     

人IL-18的基因克隆、表达及纯化

目的 :克隆人IL 1 8基因 ,并构建高表达人IL 1 8的工程菌 ,纯化获得重组人IL 1 8。方法 :从人肿瘤组织内提取总RNA ,利用逆转录聚合酶链反应扩增人IL 1 8基因 ,在基因的 5′和 3′端分别加上NcoI和EcoRI酶切位点 ,酶切后直接克隆至质粒表达载体pET2 8a( + )内 ,转化大肠杆菌BL2 1 (DE3) ,挑选转化子 ,IPTG诱导后SDS PAGE筛选高表达人IL 1 8的工程菌。提取表达菌质粒进行DNA序列分析。表达菌大量培养及IPTG诱导后 ,超声破菌收集包涵体 ,十二烷基肌苷酸钠溶解后用阳离子柱和分子筛纯化。结果 :克隆的人IL 1 8基因序列完全正确 ,工程菌表达的人IL 1 8约占菌体蛋白 30 % ,以包涵体形式存在 ,经阳离子柱和分子筛纯化获得了较纯的人IL 1 8。结论 :可用构建的工程菌大量制备人IL 1 8,为开展人IL 1 8药物的临床前研究奠定了基础。     

蒙古沙冬青AmDREB2C基因的克隆及表达分析

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是中国西北荒漠区唯一的常绿阔叶灌木,具有很强的抗寒抗旱特性。利用PCR方法从该植物克隆到转录因子Am DREB2C的c DNA和基因组DNA的全长编码区,二者均由1191 bp组成,无内含子序列,编码由396个氨基酸残基组成的蛋白,其中含1个AP2结构域和1个核定位信号。表达分析显示,Am DREB2C的转录受低温和干旱胁迫的诱导。此外,将该基因编码区c DNA成功构建到植物表达载体p CAMBIA3300-35ST上,为后续研究其功能奠定了基础。     

布氏鲳鲹CCK基因的克隆及表达分析

缩胆囊素(cholecystokinin, CCK)已被证实是生物体中一类能抑制食欲的重要的细胞因子,为进一步补充鱼类CCK基因相关的生物信息,本研究利用RACE技术和PCR方法对布氏鲳鲹(Trachinotus blochii)CCK基因进行了克隆和组织表达模式研究。结果表明:布氏鲳鲹CCK基因cDNA序列全长822 bp,5'端、3'端非翻译区(untranslated regions, UTR)长度分别为70 bp和340 bp,开放阅读框(open reading frame, ORF)412 bp,共编码137个氨基酸,其中包括一个信号肽和一个CCK-8肽。预测的蛋白分子量为14.79 kD,理论等电点是5.89。氨基酸序列同源性比对及系统进化树表明,布氏鲳鲹CCK基因与其与同属鲈形目的鰤鱼的同源性最高(91.9%),并且与其聚为一支。实时荧光定量PCR (real time-PCR, RT-PCR)分析显示CCK在布氏鲳鲹的端脑高表达,垂体、肌肉和下丘脑相对表达丰富,肾脏、脾脏、肠和脂肪中低表达,证实了CCK在布氏鲳鲹的神经和消化系统中可能具有重要的调节功能。本研究结果可为今后进一步探讨布氏鲳鲹CCK基因的摄食调控功能提供理论参考。