遮阴对柠檬香茅类黄酮及其合成酶基因差异表达研究

为了解柠檬香茅(Cymbopogon citratu)中类黄酮及其合成酶基因信息,以阳光直射及遮阴环境下生长的柠檬香茅嫩叶为材料,进行代谢组、转录组结合qRT-PCR验证分析。结果表明,柠檬香茅中含有11类共69种黄酮化合物,其中芦丁、去甲基托罗沙黄酮、紫云英苷及葡萄糖醇等类黄酮化合物在遮阴环境下相对含量显著降低;类黄酮生物合成涉及10类酶54个基因,其中类黄酮3''羟化酶(c99177.1)等4个酶基因在遮阴环境下相对表达量显著降低,而异黄酮合成酶(c51975.0)等6个酶基因相对表达量正好相反;其中5个类黄酮合成酶基因在光照及遮阴柠檬香茅中的上下调表达趋势与转录组测序结果中FPKM值变化一致,而二者检测结果中差异表达倍数存在差异。遮阴使柠檬香茅中大多黄酮类化合物相对含量降低,而其合成酶基因上下调表达趋势规律不明显。     

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。     

不同品种桂花转录组分析及桂花精油成分差异的初步探讨

为丰富桂花转录组数据信息,阐明不同品种桂花精油合成的分子差异,本研究选择三种不同品种桂花,通过Illumina Hiseq2000平台测序,总计产出14.4G数据,三个品种的桂花样品共获得70029个Unigene序列,平均长度762 nt,N50达到1183 nt。通过Unigene的表达差异分析与通路富集分析,发现与桂花精油物质合成途径有关的差异基因主要注释在二萜合成、萜类骨干化合物合成、单萜合成、倍半萜与三萜合成、苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、亚麻酸代谢以及亚油酸代谢8个通路中。而三种桂花差异基因均显著富集的通路则注释在苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、二萜合成以及萜类骨干化合物合成通路,共获得650个编码精油物质合成途径中54个差异酶的差异基因。本研究建立了以金球桂、白洁和日香桂为代表的桂花转录组数据库。通过转录组分析,确定了不同品种桂花精油物质合成差异的表达途径,初步分析了转录组数据库中与精油物质合成途径相关的差异基因。本研究将为桂花精油成分代谢调控及体外表达提供依据。     

大型担子菌中二萜化合物生物合成研究进展

大型担子菌分布广泛,种类繁多,它们是重要的食药用资源的宝库。萜类化合物是其主要活性成分之一,包括倍半萜、二萜和三萜等,这些化合物具有预防、缓解或治疗癌症、抑郁症、糖尿病和高脂血症等多种疾病的功效。目前,从担子菌中分离出的二萜类化合物基本骨架结构特征主要为鸟巢烷(cyathanes)型、截短侧耳素(pleuromutilins)型、guanacastanes型、海松烷(pimaranes)型、松香烷(abietanes)型和毛皮伞烷(crinipellins)型6大类型。本文综述了担子菌中二萜类化合物的结构特点、生物活性和生物合成的研究进展,对参与担子菌中二萜化合物生物合成的二萜合成酶进行了分类,对两种重要的二萜化合物生物合成途径进行了系统总结和论述。本文将为未知二萜化合物生物合成途径及关键基因功能解析提供参考。     

樟树5种化学类型叶片转录组分析

樟树(Cinnamomum camphora )是樟科植物的一个代表种, 具有材用、药用、香料、油用和生态环境建设等多种用途。叶精油中富含利用价值极高的樟脑、芳樟醇、1,8-桉叶油素、异-橙花叔醇和右旋龙脑等萜类化合物。依据叶精油中主要成分的种类和含量, 可将樟树划分为脑樟、芳樟、油樟、异樟、龙脑樟5种化学类型。文章采用Illumina HiSeq™ 2000高通量测序技术, 对5种化学类型叶片转录组进行测序, 对测序得到的所有Unigene进行GO(Gene Ontology)、COG(Clusters of Orthologous Groups)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类, 给出功能注释和Pathway注释, 并预测Unigene蛋白编码区(Coding sequence, CDS)。De novo组装共获得156 278个Unigene, 序列平均长度584 bp, N50(覆盖50%所有核苷酸的最大Unigene长度)为1 023 bp。通过与其他核酸、蛋白数据库的Blast搜索比对, 共有55 955条Unigene获得了基因注释, 占所有Unigene的35.80%。其中, 有24 717条Unigene得到GO注释, 有21 806条Unigene得到COG注释。KEGG pathways分析结果表明, 共有3 350条基因(10.19%)注释到次生代谢生物合成途径, 其中参与单萜、二萜、倍半萜和萜类骨架合成的Unigene有424个。在单萜合成的代谢通路中, 有9条Unigene可能编码芳樟醇合成酶基因, 且表达分析结果显示, 芳樟醇合成酶基因在芳樟化学类型中优势表达, 在油樟化学类型中表达水平较低。这些注释信息的完成为樟树功能基因及相关候选基因的发掘提供了基础数据和重要依据。     

不同花期‘西伯利亚’百合花瓣单萜合成途径转录组分析

以‘西伯利亚’百合（Lilium ‘Siberia’）花蕾期、半开期、盛开期、衰败期的花瓣为材料,利用RNA-seq技术对其转录组进行高通量测序,分析单萜合成途径中差异表达的基因并阐明其分子机制。结果显示,‘西伯利亚’百合通过转录组测序分析共得到56.28 Gb clean base,223.40 Mb clean reads和124 233个unigene,其中35 749个基因得到注释。萜骨架合成途径中的基因表达水平在不同花期表现出显著差异。其中,甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）中的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶（DXS）、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（DXR）、4-羟基-3-甲丁-2-烯基二磷酸合成酶（HDS）、4-羟基-3-甲丁-2烯基二磷酸还原酶（HDR）、牻牛儿基二磷酸合成酶（GPS）基因的表达水平随花期变化呈先升高后降低的趋势。罗勒烯合成酶（OCS）基因表现出相似变化规律,在盛开期表达量最高。甲羟戊酸（MVA）途径中的3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（HMGR）的基因表达同样出现先升高后降低的趋势。单萜合成下游的分支途径中,茄尼基二磷酸合成酶（SDS）、牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合成酶（GGDR）基因的表达则出现相反的趋势,在盛开期的表达量最低。研究结果表明MEP途径中的关键基因可随花期变化规律性的表达,以调控单萜的生物合成,在盛开期有较高释放量,且盛开期MVA途径的活化以及泛醌和萜醌代谢支路基因的低表达也促进了单萜的生物合成。     

牛樟芝萜烯合成酶基因的克隆与鉴定

为了研究牛樟芝(Antrodia camphorata)倍半萜的生物合成,通过对牛樟芝基因组分析获得倍半萜类合成酶基因(AcTPS2),利用RT-PCR克隆获得其全长cDNA,对其进行生物信息学分析和表达谱分析。结果显示:AcTPS2基因cDNA全长1 068bp,Blast比对发现,AcTPS2含倍半萜类合成酶所独具的富含天冬氨酸序列DXXXD及萜类合成酶特有的RRDTSG-LDL保守序列;系统进化分析显示,AcTPS2基因与其他真菌的倍半萜聚为一类;表达谱分析显示,以甘露糖作为碳源、以酪蛋白胨作为氮源能够有效促进AcTPS2基因的诱导表达。研究结果可为以后牛樟芝倍半萜类生物合成提供一定的参考依据。     

基于转录组的瑶药半枫荷根和叶的差异分析

为了探究半枫荷(Semiliquidambar cathayensis)根和叶的基因表达差异和关键活性成分合成通路中关键基因的表达规律,本研究对半枫荷的根和叶进行转录组测序和生物信息分析。59378个差异表达基因归类到在GO分类的3个大类中,主要与生物学过程有关(50.59%)。626个差异表达基因注释KOG数据库的24个分类中。81个差异表达基因参与苯丙烷类化合物的生物合成,110个差异表达基因参与黄酮类化合物的生物合成,211个差异表达基因参与萜类化合物的生物合成。本研究获得了半枫荷根和叶的转录组信息特征,为今后半枫荷基因功能鉴定、次生代谢途径解析及调控机制的研究提供依据。     

茉莉酸甲酯对灵芝三萜生物合成的影响及其灵芝应答基因的差异表达

灵芝三萜类化合物是灵芝的主要药用成分之一,灵芝三萜含量的多少是衡量灵芝质量高低的重要指标。经研究发现茉莉酸甲酯能显著提高灵芝三萜含量并上调灵芝三萜生物合成途径中的羟甲基戊二酰辅酶A还原酶、法尼酯焦磷酸合成酶和羊毛甾醇合成酶等基因的表达。通过在灵芝中建立的cDNA-AFLP体系,采用64对引物组合对灵芝的转录组进行分析。64对引物组合共产生3 910个TDFs。茉莉酸甲酯不同诱导条件下约有919个TDFs的表达谱发生了变化,占表达谱的23.5%,其中上调表达的有703个,下调表达的有216个。选择458个TDFs进行回收、TA克隆、测序后,获得390个高质量的TDFs片段。通过蛋白数据库同源性检索,并对蛋白功能进行GO分类,结果表明:390个高质量的TDFs中,BlastX比对后没有显著匹配的序列占77.1%。在有匹配蛋白的序列中,与碳代谢及能量相关的基因为最大一组,占35.2%,转录调控类及信号传导类基因分别占14.3%和11.0%。通过荧光定量PCR技术考察了茉莉酸甲酯对20个基因转录水平的影响,与cDNA-AFLP分析的结果相一致。并通过灵芝基因过量表达技术和基因沉默技术对筛选到的相关基因进行沉默和过量表达,研究筛选到的基因在灵芝三萜生物合成与调控中的作用,获得大量参与灵芝三萜生物合成与调控的候选基因,进一步阐明了茉莉酸甲酯诱导下灵芝基因表达的变化图。     

基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。     

The expression of TwDXS in the MEP pathway specifically affects the accumulation of triptolide

1-Deoxy-d -xylulose-5-phosphate synthase (DXS) is the first enzyme in the plant 2-C-methyl-d -erythritol 4-phosphate (MEP) pathway of terpenoid synthesis. TwDXS is a prominent protein in the Tripterygium wilfordii proteome, with especially high expression in the root periderm. It is significantly regulated by methyl jasmonate. Here, we studied the influence of TwDXS expression on bioactive terpenoids in T. wilfordii. Specific fragments of TwDXS (GenBank: AKP20998.1) with lengths of 2148 and 437 bp were amplified to construct the overexpression (OE) and RNA-interference (RNAi) vectors, respectively. After transformation of suspension cells, the expression of TwDXS and genes related to the terpenoid biosynthetic pathway was measured using qRT-PCR. TwDXS mRNA level was 153 and 43% of the control in the OE and RNAi lines. Related genes in the 2-C-methyl-d -erythritol 4-phosphate (MEP), mevalonic acid (MVA) and downstream pathways showed similar trends to the changes of TwDXS expression. Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC) was employed to measure the accumulation of terpenoids. Importantly, the triptolide content showed significant differences in both the TwDXS OE (222.35% of the control) and RNAi (34.86% of the control). However, there were no obvious changes in the celastrol content. In this study, we verified that the expression of TwDXS affects triptolide but not celastrol in T. wilfordii via both TwDXS OE and RNAi experiments.     

中粒咖啡萜类合成酶基因家族的生物信息学分析

萜类化合物具有重要的生理、生态作用和药用价值,萜类合成酶(TPS)是合成萜类化合物的关键酶。通过整合中粒咖啡(Coffee canephora)的基因组和转录组数据,利用生物信息学方法,鉴定出43个萜类合成酶全长基因,并对这些基因的分子进化、结构、复制、表达及功能分化的机理进行了探究。结果表明,中粒咖啡萜类合成酶基因可以分为5个亚家族(a、b、c、e/f、g),不同亚家族的基因结构差异很大;串联复制是基因家族扩增的主要原因;表达分析结果表明,萜类合成酶基因在不同组织中的表达差异明显;中粒咖啡萜类合成酶基因启动子区的顺式调控元件可能与基因的功能分化相关;不同亚家族之间的功能差异主要由亚家族特异的氨基酸决定。     

干酪乳杆菌刺激小鼠肠道的转录组学分析

干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)刺激小鼠肠道后，利用高通量测序技术对干酪乳杆菌饲喂组和空白组小鼠的肠道组织进行分析，以期查询和验证干酪乳杆菌对肠道免疫的影响。转录组数据的生物信息学分析发现差异表达基因共751个，通过GO富集分析发现有14个基因与细胞免疫相关，聚焦在T细胞激活、细胞分化、免疫调节负调控等功能上。KEGG通路富集显示聚集在PPAR信号通路、B细胞受体信号通路和趋化因子信号通路。对基因的基本特性分析结果显示，14个基因分别定位在10条染色体上，蛋白的分子量介于11.37～83.45 kDa之间，等电点pI 4.42～11.36,均为不稳定脂溶性蛋白，并具有相关功能结构域。通过保守基序与结构分析发现Motif分布具有保守性，大部分基因含有2个内含子。qRT-PCR验证结果表明，14个基因中有6个基因(Ces1d、Lzts1、Paqr7、Aloxe3、Zbtb16、OX40)在不同时间的处理下整体表达水平较高。验证结果与转录组测序结果一致，且这些基因功能与细胞免疫相关，该结果为研究干酪乳杆菌对机体的免疫作用效果提供一定的理论依据。     

冰菜盐胁迫下的转录组分析

为了解冰菜(Mesembryanthemum crystallinum)叶片抗盐相关基因组学,利用Illumina Hi-seq TM2500高通量测序技术研究冰菜叶片在400 mmol L~(–1) NaCl胁迫下转录组基因的差异表达。结果表明,从400 mmol L~(–1) NaCl胁迫和对照的冰菜叶片中共获得13.01 Gb Clean data,Q30碱基均大于90.08%。共获得123个差异表达基因(DEGs),包括73个上调基因,50个下调基因,其中功能注释的基因有96个。根据Unigene库序列进行GO、COG和KEGG注释,筛选出8个与抗盐性相关差异表达基因,植物激素代谢相关基因,脱落酸8'-羟基化酶、吲哚-3-乙酰酸酰胺合成酶和茉莉酮酸酯ZIM结构域蛋白基因均下调表达,生长素响应蛋白、细胞分裂素合酶基因则上调表达,糖代谢相关基因棉子糖合成酶基因上调表达,质膜H+-ATPase基因上调表达,脱水蛋白基因下调表达。这为冰菜耐盐基因组学和分子生物学的研究奠定基础。     

广藿香香叶醇合酶基因克隆及表达分析

香叶醇合酶(geraniol synthase,GES)是香叶醇形成过程中非常重要的酶,是萜类代谢途径的限速酶。根据课题组广藿香转录组数据中的GES 转录本序列设计基因全长扩增引物,采用RT PCR方法克隆了广藿香GES基因的全长cDNA序列。对该基因进行了相关的生物信息学分析,并利用荧光实时定量PCR法检测了PcGES1基因在4个广藿香栽培种中不同时期茎、叶中的表达情况。结果显示：广藿香GES基因包含一个完整的ORF框,长1 734 bp,编码577个氨基酸,命名为PcGES1,GenBank登录号为KF926075 ;PcGES1基因编码的氨基酸序列与罗勒GES基因编码的氨基酸序列最为相近。广藿香GES蛋白定位在叶绿体中,无跨膜区域。PcGES1主要在叶中表达,老叶中表达量最高;从不同栽培种来看,PcGES1在石牌广藿香和高要广藿香中表达模式相似,在海南广藿香与印尼广藿香中表达相似,在海南广藿香老叶中表达最高。该研究结果为进一步阐明广藿香萜类代谢途径奠定了基础。