刺五加GAPDH基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析

采用cDNA末端RACE技术,从刺五加叶片中克隆到GAPDH基因cDNA的全长序列,并运用生物信息学方法对该基因的cDNA序列、保守区、氨基酸序列、亲缘关系等特征进行分析,并预测其编码蛋白质的结构和功能。研究结果表明,刺五加GAPGH基因的cDNA全长为1 437 bp,开放阅读框全长为1 023 bp,编码一个具有340个氨基酸残基的蛋白,蛋白分子质量为37.070 ku,理论等电点(pI)为7.71。刺五加GAPDH蛋白不存在跨膜结构域,定位于细胞质中,属于亲水蛋白。

实施国家大学生创新性实验计划的实践与思考

国家大学生创新性实验计划为学生提供了参与科学研究的机会,是培养综合素质优秀创新性人才的一种重要手段。本文结合国家大学生创新性实验计划,简要阐述了对国家大学生创新性实验计划实施的目的、过程、作用等的思考和认识。

刺五加鲨烯合酶基因家族两成员的表达及其与皂苷含量的关系

为了探明刺五加鲨烯合酶(SS)基因家族2成员对皂苷含量的作用机制,以actin为内参基因,利用real time PCR技术,分析刺五加不同生长发育时期、不同器官及茉莉酸甲酯(MeJA)处理对SS1、SS2基因表达及皂苷含量的影响。结果表明:刺五加SS基因家族的SS1和SS2在整个生长期和各器官中均有表达,且表达量差异显著(P<0.05),其中,在萌芽期两者的表达量差异最大。SS1在叶片、叶柄和根器官中的表达量显著高于SS2的表达量(P<0.05)。MeJA处理可显著提高SS1和SS2基因的表达量。刺五加SS1的表达量与皂苷含量间的相关系数低,未达显著水平。SS2的表达量与皂苷含量呈显著的正相关关系(P<0.01)。SS2表达量的高低决定了皂苷含量的高低,是刺五加中三萜皂苷生物合成中的关键酶。

刺五加甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶基因的克隆与表达分析

利用RACE技术克隆刺五加甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MDD)基因的全长cDNA序列,运用生物信息学方法对该基因进行分析,并通过RT-PCR法检测MDD在刺五加不同生长发育时期和不同器官中的表达情况。结果表明:(1)刺五加MDD基因cDNA序列全长1 769bp(GenBank登录号为JQ905594),开放阅读框全长1 263bp,编码420个氨基酸残基,包含GHMP激酶超家族的特异性识别序列;刺五加MDD蛋白的二级结构中含有161个α螺旋,占38.33%;68个延伸链,占16.19%;19个β折叠,占4.52%;172个无规则卷曲,占40.95%;刺五加MDD蛋白无跨膜区域,定位于膜外。(2)刺五加MDD基因在不同生长发育时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异(P<0.05)。在整个生长期中,MDD的表达呈现高-低-高-低的变化趋势,第一个表达高峰出现在萌芽期至叶片完全展开时,第二个高峰出现在果实体积快速增长期,最高表达量(叶片完全展开期)为最低表达量(叶片衰老期)的4.51倍;不同器官中,幼茎的表达量最高,为最低表达量(叶片)的7.22倍,但叶片、叶柄和根中的表达量差异不显著。研究结果为阐明刺五加皂苷的生物合成及对其进行表达调控奠定了基础。

刺五加鲨烯环氧酶基因的表达及其与刺五加皂苷含量的相关性分析

目的:应用实时定量PCR技术对刺五加鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SE)基因进行表达分析,探讨其与刺五加皂苷含量的关系。方法:以3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)基因为内参照基因,通过实时定量PCR检测SE基因的相对表达量,分光光度法测定刺五加皂苷含量。结果:不同产地、器官中的SE表达量存在显著差异(P<0.05),其中,雾灵山产地的表达量最大,达最小值(伊通产地)的4.81倍,各器官中,叶的表达量最大,为根的1.92倍。从叶片萌芽期到衰老期,SE的表达呈先升后降趋势,各发育期之间差异显著(P<0.05),其中盛花期的表达量最高,达萌芽期的3.71倍;茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)可提高SE的表达量,但未达显著水平。刺五加叶的皂苷含量与SE的表达量之间存在显著的正相关关系(P<0.05)。结论:不同产地、器官及生长发育时期刺五加SE的表达量间差异显著,且SE的表达与刺五加的皂苷含量显著相关。

刺五加鲨烯合酶基因的表达及其对皂苷含量的影响

为了了解刺五加鲨烯合酶基因(squalene synthase,SS)的表达特点及其对刺五加中皂苷含量的影响情况,以GAPDH基因为内参照基因,采用实时定量PCR技术,分析了SS基因在刺五加不同生长发育时期不同器官中的表达量及茉莉酸甲酯对其表达的影响情况;还利用SPSS 17.0软件分析了SS基因的表达量与刺五加中皂苷总含量的相关性。结果表明,在刺五加的整个生长期中,SS基因的表达量呈现出"低—高—低—高—低"的变化趋势:萌芽期(4月26日)该基因的表达量最低,而盛花期(6月26日)该基因的表达量最高,为萌芽期的3.11倍;SS基因在刺五加根中的表达量显著高于茎、叶和叶柄中的表达量(P<0.05),其在茎中的表达量最低,仅为根中表达量的51.88%。茉莉酸甲酯可提高SS基因的表达量,但其与对照组的差异未达到显著水平。刺五加中的皂苷总含量与SS基因的表达量间呈现出同升同降的变化趋势,存在极显著的正相关关系(P<0.01)。文中初步判定,鲨烯合酶是刺五加皂苷生物合成的关键酶。

刺五加HMGR基因的克隆与表达分析

根据已报道的人参HMGR(3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶)基因cDNA序列设计引物,利用cDNA末端快速扩增(Rapid amplification of cDNA ends,RACE)技术克隆刺五加HMGR基因的全长cDNA序列。运用生物信息学方法对该基因进行分析。通过RT-PCR法检测HMGR在刺五加不同生长发育时期和不同器官中的表达情况。结果克隆到长度为2 217 bp的刺五加HMGR基因cDNA序列,开放阅读框全长1 713 bp,编码570个氨基酸残基,包含HMGR家族的特异性识别序列。HMGR蛋白存在2个跨膜区域。RT-PCR结果显示,刺五加HMGR基因在各生长发育时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异,其中萌芽期的表达量最高,盛花期最低;各器官中,幼茎中表达量最高,是根中的1.58倍。

刺五加P450基因时空表达差异及与皂苷含量的相关性分析

为探明刺五加P450基因的表达特点及其与刺五加总皂苷含量的相关性,利用实时定量PCR技术分析了刺五加P450基因在不同产地、不同器官、不同发育时期以及茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)处理后的表达规律,及其与刺五加总皂苷含量的相关性。结果表明:刺五加的P450基因在各器官均有表达,但表达量差异极显著(P<0.01)。刺五加的P450基因在盛花期表达量最高,果实快速生长期最低。MeJA处理可显著影响P450基因的表达量(P<0.05)。P450基因的表达量与总皂苷含量间存在极显著的正相关关系(P<0.01),P450基因的表达量决定了刺五加总皂苷的含量。

不同性别刺五加皂苷合成酶基因表达及其对皂苷含量的影响

为了解不同性别刺五加中3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)、甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MDD)和法尼基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)基因的表达特点及其对皂苷含量的影响,以GAPDH基因为内参照基因,通过实时定量PCR技术分析了不同性别类型刺五加中HMGR、MDD和FPS的表达量,并利用SPSS 17.0软件分析了其与刺五加总皂苷含量的相关性。结果表明,HMGR、MDD和FPS基因的最高表达量和皂苷含量的最大值均出现在短花丝类型刺五加中,中花丝类型的次之,长花丝类型的最低。HMGR、MDD和FPS的表达量和皂苷含量间存在显著正相关关系。HMGR、MDD和FPS是决定不同性别刺五加中皂苷含量高低的关键酶。

鲨烯合酶基因的密码子偏性分析

为了分析鲨烯合酶（squalenesynthase，ss）基因密码子的使用方式及其影响因素，利用codonW和SPSS16．0软件对47条来自不同物种的嬲基因进行多元统计分析、对应性分析。髂基因密码子1～3位碱基的GC含量（GC1，GC2和GC3）依次为51．33％、34．65％和54．37％，3个位点的GC含量均呈极显著相关关系（p〈0．01），对应性分析的结果表明，第1轴显示30．71％的差异，有效密码子数和GC3、GC1和GC2的均值与GC3之间的相关性均达极显著水平（p〈0．01）。筛选出的26个最优密码子的第3位碱基均为G或C。以MEGA5．0构建的基于SS蛋白质序列的进化树比基于RSCU的聚类更符合传统的系统发育观点。SS基因密码子偏好以G／C结尾，使用模式受选择和突变影响，突变对密码子偏好影响较大。

刺五加法呢基焦磷酸合酶基因的表达及其与皂苷含量的相关性分析

根据刺五加法呢基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)基因的cDNA序列信息,设计特异性引物,利用半定量RT-PCR技术,对刺五加FPS基因在不同产地、不同器官、不同发育时期及茉莉酸甲酯(MeJA)处理后的表达情况进行分析。结果表明,FPS基因在不同产地、时期、器官及MeJA处理后的刺五加中均有表达,但表达量存在显著差异。FPS在萌芽期的表达量最高,盛花期的表达量最低,两者比值为4.19且差异显著;本溪、珲春、鸡西、雾灵山、穆棱、梅河口、伊通产地刺五加的FPS相对表达量依次降低;在不同器官中以叶的表达量最高;MeJA处理后FPS的表达量比用蒸馏水处理的对照组均有显著提高。FPS的相对表达量与刺五加叶器官的皂苷含量存在显著的正相关关系。

刺五加葡萄糖基转移酶基因的克隆与表达分析

刺五加是中国的珍贵药用植物,UDP-葡萄糖基转移酶(UDP-glucosyltransferase,GT)是催化其三萜皂苷类成分生物合成的关键酶。利用RT-PCR和RACE技术,从该植物中分离出全长为1 959bp的GT基因cDNA序列,该基因开放阅读框为1 827bp,编码一个含608个氨基酸的蛋白质,分子量为6.672 3×104ku。生物信息学分析结果显示,该蛋白包含GT家族的标志性序列,不存在跨膜区域,定位于细胞质中,属于参与植物次生代谢的GT-B型。表达分析的结果表明,刺五加GT基因在各生长时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异(P<0.05)。最大表达量出现在盛花期,为最低表达量(叶片衰老期)的1.81倍。各器官中,叶片的表达量最高,是最低量幼茎的1.64倍。

刺五加过氧化氢酶基因的克隆与表达分析

为了深入了解过氧化氢酶(catalase,CAT)基因在刺五加抗逆反应及次生代谢中的作用,采用RACE技术克隆到刺五加CAT基因的cDNA全长序列,并通过RT-PCR法检测了CAT在刺五加不同生长发育时期和器官中的表达情况。刺五加CAT基因cDNA全长1 840 bp,开放阅读框长1 479 bp,编码492个氨基酸的蛋白。该蛋白包含CAT家族的标志性序列,定位于过氧化物酶体。刺五加CAT基因在不同生长发育时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异(P<0.05)。其中盛花期的表达量最高,是最低量果实基本成熟期的1.28倍;各器官中,叶柄的表达量最高,是茎最低量的1.48倍。

刺五加细胞色素P450基因的克隆与表达分析

根据已报道的人参、三七等植物的细胞色素P450(Cytochrome P450,P450)基因的cDNA序列设计引物,利用RT-PCR法克隆刺五加P450基因的cDNA全长序列,并分析其在不同生长发育时期和器官中的表达情况。结果显示,克隆了全长为1 410 bp的刺五加P450基因的cDNA序列,该基因编码469个氨基酸残基组成的蛋白质。GenBank登录号为KF498590,与人参、三七的P450氨基酸序列一致性分别为91.5%和90.4%。刺五加的P450基因在不同生长发育时期和器官中均有表达,但表达量具有显著差异(P<0.05)。最大表达量出现在盛花期,为最低表达量(萌芽期)的1.26倍。各器官中,叶片的表达量最高,是最低量幼茎的1.49倍。

刺五加Actin基因cDNA全长序列的克隆与生物信息学分析

目的:克隆刺五加Actin基因的全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析。方法:以刺五加的叶片为材料,提取总RNA,逆转录为cDNA,根据初步克隆到的刺五加Actin基因保守序列设计引物,利用套式PCR进行3'和5'RACE扩增,得到Actin基因的3'和5'端cDNA序列片段,拼接获得cDNA全长。将该序列进行BLAST比对、相似度分析,并对刺五加Actin1蛋白的二级结构和三级结构进行预测。结果:刺五加的Actin基因全长1 507 bp,命名为ESActin1,注册号KC469585。该基因开放阅读框(ORF)长1 134 bp,编码377个氨基酸,5'端非编码区长140 bp,3'端非编码区长233 bp。ESActin1与GenBank中注册的其它植物肌动蛋白核苷酸序列的相似性在75%以上,蛋白质序列的相似性在94%以上。结论:首次报道了刺五加Actin基因的全长cDNA序列,为刺五加的分子生物学研究奠定基础。

刺五加多向耐药性转运蛋白基因的克隆及其表达对皂苷含量的影响

利用简并引物进行聚合酶链式反应(PCR)扩增获得长度为693 bp的刺五加(Eleutherococcus senticosus)多向耐药性(pleiotropic drug resistance,PDR)转运蛋白基因,GenBank登录号为KC473536,其编码的231个氨基酸的蛋白属于PDR转运蛋白的核苷酸结合结构域。氨基酸序列与毛果杨(Populus trichocarpa)、蓖麻(Ricinus communis)和水稻(Oryza sativa)的PDR氨基酸序列一致性分别为88.74%,90.04%和88.31%。RT-PCR法检测PDR在刺五加不同生长发育时期和不同器官中表达情况和分光光度法测定刺五加总皂苷含量的结果显示:刺五加PDR基因在整个生长期中均有表达,与皂苷在整个生长期中均有合成的特点相符,但两者的相关性未达显著水平。PDR基因在叶片和叶柄中高表达的特点与刺五加皂苷仅存在于叶中的特点相符,两者间存在显著的正相关关系(P<0.05)。

刺五加总RNA提取方法的比较

为了获取到高质量的刺五加总RNA,以叶片为试材,比较不同提取方法的提取效果。结果表明,改良的异硫氰酸胍法效果最优,方法简单、经济,通过该方法获得的总RNA能够很好的满足后续分子生物学实验的要求,试剂盒方法效果次之,CTAB法效果第三,Trizol法最差。

应用SEFA-PCR扩增刺五加内生青霉鲨烯合酶基因的旁邻序列

①目的克隆刺五加内生青霉Penicillium minioluteum P116-1a鲨烯合酶(squalene synthase,SS)基因的旁邻序列。②方法根据已经获得的P.minioluteum P116-1a SS DNA序列设计特异性性引物,采用SEFA-PCR(self-formed adaptor PCR)扩增其3'和5'末端未知序列。③结果 3'末端扩增获得长约5 000 bp的片段,5'末端扩增获得长约3 000bp的片段。④结论首次应用SEFA-PCR技术扩增获得P.minioluteum P116-1a SS基因的末端序列,为进一步研究该基因对刺五加皂苷含量的作用机制奠定了基础。

刺五加糖基转移酶基因的表达及其对皂苷含量的影响

为了探明刺五加糖基转移酶基因(glycosyltransferase,GT)的表达特点及其对刺五加总皂苷含量的影响。以GAPDH基因为内参照基因,采用实时定量PCR技术分析了不同产地、不同生长发育时期、不同器官刺五加中GT基因的表达规律及茉莉酸甲酯(MeJA)对其表达的影响。并采用浓硫酸-香草醛比色法测定刺五加总皂苷的含量,利用SPPS17.0软件进行相关性分析。结果表明,GT基因在根、幼茎、叶片和叶柄中均有表达,但表达量差异不显著。刺五加的GT基因在叶片完全展开期的表达量最高,盛花期和果实基本成熟期的表达量最低,仅为叶片完全展开期表达量的66.9%。MeJA处理可显著提高GT基因的表达量(p<0.05)。不同产地刺五加的GT基因表达量和总皂苷含量差异显著,但GT基因的表达量与总皂苷含量同升同降,存在极显著的正相关关系(p<0.01)。初步判定,GT基因的表达量决定了刺五加中总皂苷的含量,GT是决定刺五加中总皂苷含量的关键酶。

刺五加叶绿体基因组密码子的用法分析

目的:分析刺五加叶绿体基因组密码子的使用方式及其影响因素。方法:以刺五加叶绿体基因组的52条编码基因为材料,利用CodonW和SPSS软件进行多元统计分析和对应性分析。结果:刺五加叶绿体基因组密码子3个位置GC的量依次为46.46%,38.26%,29.88%,其中GC1与GC2呈极显著相关关系(P<0.01),GC12与GC3的相关系数为0.205,未达到显著水平。同义密码子的相对使用频率(relative synonymous codon usage,RSCU)>1的密码子共30个,其中29个以A或T碱基结尾。对应性分析的结果表明:第1轴显示了10.35%的差异,与有效密码子数(effective number of codons,ENC)和GC3显著相关,相关系数分别为-0.288,0.353;确定了刺五加叶绿体基因组的16个最优密码子。结论:刺五加叶绿体密码子第3位偏好以A或T碱基结尾,密码子使用模式受选择和突变及其他因素共同影响,其中选择的作用略大。