青蒿HMGR基因家族克隆及对茉莉酸甲酯和损伤的响应

通过全基因组序列测定和RACE技术,从青蒿(Artemisia annua L.)克隆出了3条编码HMGR的cDNA序列:AaHMGR1,AaHMGR2和AaHMGR3,并对3条基因进行生物信息学分析.结果表明:3条序列与其他物种的HMGR具有高度相似性但基因组结构不一致;组织表达分析中,AaHMGR1在茎中表达量最高,而AaHMGR2和AaHMGR3在花中表达量较高;外源茉莉酸甲酯(MeJA)诱导处理后AaHMGR1的表达在0.5h时达到最大值,AaHMGR2和AaHMGR3则轻微响应;机械损伤3h后能够使AaHMGR1的表达量上调约700倍,而AaHMGR2,AaHMGR3上调幅度却不大.综上研究结果表明,AaHMGR1基因可能在青蒿素的生物合成中起着更为重要的作用.

黄花蒿羟甲基丁烯基-4-磷酸还原酶基因克隆与功能研究

青蒿素是治疗疟疾的首选药物,定位于质体的MEP途径可为青蒿素在内的萜类物质的合成提供基本前体。羟甲基丁烯基-4-磷酸还原酶[hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate reductase,HDR]是MEP途径最后一个酶,催化HMBPP生成IPP和IPP的同分异构体DMAPP。本文克隆了黄花蒿HDR基因(Aa HDR2)并进行了相关功能研究。通过对Aa HDR2基因(Gen Bank:KX058541)和已报道的Aa HDR1基因(Gen Bank:ADC84348.1)表达分析结果表明:Aa HDR1和Aa HDR2在黄花蒿腺体中表达量均远高于在根、茎、叶和花中的表达量,而且Aa HDR2在花中的表达量要明显高于叶中;Me JA和ABA能够大幅度上调Aa HDR1和Aa HDR2的表达,而GA3仅能大幅度上调Aa HDR2的表达。据Aa HDR1和Aa HDR2的表达分析表明,Aa HDR2对青蒿素在内的萜类物质的生物合成贡献更大,因此用Aa HDR2进行后续的实验研究。生物信息学分析表明,Aa HDR2属于HDR家族,进一步采用功能互补在E.coli突变体MG1655ara<>HDR中证明Aa HDR2编码蛋白质的确具有HDR的功能。Aa HDR2亚细胞定位结果显示:Aa HDR2融合GFP蛋白特异性定位于叶绿体中,符合MEP途径定位于质体的事实。采用转基因技术在拟南芥中过表达Aa HDR2能显著性提高叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。因此,本文所克隆的Aa HDR2是利用代谢工程技术提高萜类物质生物合成能力的一个候选基因。