Identification of a Highly Expressed 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-CoA Reductase Gene in the Root Tissue of <i>Taraxacum kok-saghyz</i>

Kazakh dandelion (Taraxacum kok-saghyz, Tk) is a rubber-producing plant currently being investigated as a source of natural rubber for industrial applications. Like many other isoprenoids, rubber is a downstream product of the mevalonate pathway. The 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR) enzyme catalyzes the conversion of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA to mevalonic acid, a key regulatory step in the MVA pathway. Such regulated steps provide targets for increases in isoprenoid and rubber contents via genetic engineering to increase enzyme activities. In this study, we identify a TkHMGR1 gene that is highly expressed in the roots of Kazakh dandelion, the main tissue where rubber is synthesized and stored. This finding paves the way for further molecular and genetic studies of the TkHMGR1 gene, and its role in rubber biosynthesis in Tk and other rubber-producing plants.

京大戟hmgr基因家族3个保守区片段的克隆与分析

采用RT-PCR技术以及两条简并引物,以京大戟嫩叶总RNA反转录的cDNA为模板扩增3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因的保守区片断。序列分析表明,所克隆的cDNA保守区序列长度为458bp,而且同时得到了三个不同的核苷酸序列,分别命名为hmgr1、hmgr2、hmgr3。与之前得到的京大戟hmgr保守区片段的核苷酸序列的同源性分别为98.03%、96.29%、78.38%,推断的相应氨基酸序列的同源性分别为98.68%、96.71%和85.53%。推断这可能是该基因家族中的三个新的成员。而且同源序列比对发现,由这三个核苷酸序列推断的氨基酸序列与其它植物都有较高的同源性。种系进化树分析表明hmgr3与hmgr1、hmgr2及以前报道的京大戟的hmgr之间有较大的差别。

阳春砂3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因的克隆及分析

目的克隆阳春砂萜类生物合成途径上游关键酶——3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)(EC:1.1.1.34)的编码基因;分析基因的功能及其在阳春砂不同组织中的表达。方法用基于RT-PCR的方法从阳春砂叶片中获得编码HMGR的cDNA全长序列,克隆基因编码区;用生物信息学的方法对其编码蛋白进行相似性检索和功能分析;用半定量RT-PCR法比较基因在阳春砂不同组织中的表达差异。结果获得了全长2 023 bp的编码阳春砂HMGR的cDNA序列,命名为AvHMGR(GenBank登记号:FJ455511)。AvHMGR编码的蛋白与其他植物来源的HMGR有很高相似性,含有NADPH结合基序和底物HMG-CoA结合基序,N-端有两个跨膜结构域。保守功能结构域的分析结果表明AvHMGR属于3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶家族。AvHMGR在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达。结论从阳春砂中克隆了AvHMGR基因,为进一步鉴定基因功能、探明阳春砂萜类生物合成的基因调控机制打下基础。

植物萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的生物信息学分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的橡胶、烟草、辣椒、穿心莲等植物的萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、信号肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无信号肽,是一个跨膜的亲水性蛋白,包括两个功能HMG-CoA结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则盘绕是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间布局上折叠成“V”形,“V”形的两臂由螺旋状的N结构域和S结构域构成,中间部分由L结构域构成。

细纹豆芫菁3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶基因全长cDNA克隆及生物信息学分析

3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)是甲羟戊酸途径的关键酶。获得芫菁体内HMGR基因信息是确定甲羟戊酸途径与斑蝥素合成相关性的基础。本研究利用RACE技术从细纹豆芫菁Epicauta mannerheimi(Mklin)体内克隆获得HMGR基因全长cDNA序列,命名为EmHMGR(GenBank登录号为JQ690539)。该基因全长3118bp,其中5'端非翻译区178bp,3'端非翻译区414bp,开放阅读框2526bp,编码842个氨基酸。推测的蛋白质分子量为92.8kDa,理论等电点为6.0,预测分子式为C4135H6604N1098O1216S50,不稳定系数为43.37,总亲水性系数为0.091,为疏水性不稳定蛋白。序列分析发现该基因编码的蛋白与已报道的其他昆虫HMGR的氨基酸序列一致性达50%以上,而且包含HMGR_Class I保守功能域、固醇敏感多肽区及HMGR蛋白的其他保守功能位点。系统进化分析发现该基因与叶甲科昆虫HMGR基因的关系最近。本研究首次从芫菁科昆虫体内克隆获得甲羟戊酸途径的关键酶EmHMGR基因,为后期芫菁体内斑蝥素生物合成途径的研究奠定了基础。

Enhancing production of ergosterol in Pichia pastoris GS115 by over-expression of 3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase from Glycyrrhiza uralensis

The rate-limiting enzyme in the mevalonic acid(MVA)pathway which can lead to triterpenoid saponin glycyrrhizic acid(GA)is 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase(HMGR).In order to reveal the effect of copy number variation in the HMGR gene on the MVA pathway,the HMGR gene from Glycyrrhiza uralensis Fisch.(GuHMGR)was cloned and over-expressed in Pichia pastoris GS115.Six recombinant P.pastoris strains containing different copy numbers of the GuHMGR gene were obtained and the content of ergosterol was analyzed by HPLC.The results showed that all the recombinant P.pastoris strains contained more ergosterol than the negative control and the strains with 8 and 44 copies contained significantly more ergosterol than the other strains.However,as the copy number increased,the content of ergosterol showed an increasing–decreasing–increasing pattern.This study provides a rationale for increasing the content of GA through over-expressing the GuHMGR gene in cultivars of G.uralensis.

Cloning and Expression Analysis on 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A Reductase from Aquilaria sinensis

Objective To clone the full-length cDNA of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase(HMGR) from Aquilaria sinensis(AsHMGR1) and to analyze its expression profile in different tissues and in response to different treatments.HMGR is the first rate-limiting enzyme for sesquiterpene synthesis in the mevalonate pathway.Methods RT-PCR and RACE were used to clone the full-length cDNA of HMGR from A.sinensis based on the conserved HMGR gene fragments.The bioinformatic analysis was performed on its nucleic acid and protein sequence.The expression profile of AsHMGR1 in different tissues and in response to different treatments was analyzed by quantitative RT-PCR.Results The full-length AsHMGR1 cDNA was 2026 bp,containing a 1719 bp open reading frame which encoded a protein of 572 amino acids.Amino acid sequence homology alignment and phylogenetic analysis demonstrated that AsHMGR1 belonged to the HMGR gene family.The detection of tissue expression patterns showed that AsHMGR1 was mainly expressed in the stem,followed by roots and branches.AsHMGR1 could be stimulated by methyl jasmonate and H2O2to varying degrees in a time-dependent manner.Conclusion These data will provide a foundation for further investigation on AsHMGR1 functions and regulatory mechanisms in sesquiterpene synthesis in A.sinensis.

Molecular cloning and functional identification of a cDNA encoding 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase from Tripterygium wilfordii

The 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase(HDR) is the last step key enzyme of the methylerythritol phosphate(MEP) pathway,synthesizing isopentenyl diphosphate and its allyl isomer dimethylallyl diphosphate,which is important for regulation of isoprenoid biosynthesis.Here the full-length cDNA of HDR,designated TwHDR(GenBank Accession No.KJ933412.1),was isolated from Tripterygium wilfordii for the first time.TwHDR has an open reading frame(ORF) of 1386 bp encoding461 amino acids.TwHDR exhibits high homology with HDRs of other plants,with an N-terminal conserved domain and three conserved cysteine residues.TwHDR cDNA was cloned into an expression vector and transformed into an Escherichia coli hdr mutant.Since loss-of-function E.coli hdr mutant is lethal,the result showed that transformation of TwHDR cDNA rescued the E.coli hdr mutant.This complementation assay suggests that the TwHDR cDNA encodes a functional HDR enzyme.The expression of TwHDR was induced by methyl-jasmonate(MJ) in T.wilfordii suspension cells.The expression of TwHDR reached the highest level after 1 h of MJ treatment.These results indicate that we have identified a functional TwHDR enzyme,which may play a pivotal role in the biosynthesis of diterpenoid triptolide in T.wilfordii.

大戟甲羟戊酸途径关键酶基因hmgr的克隆与分析

通过比较6种植物8条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR技术成功地从大戟(Euphorbia pekinensis)叶中扩增出458bp的基因片段。通过BlastP比较,所推断的大戟HMGR蛋白序列与杜仲Eucommia ulmoides(AAV54051)、穿心莲Andrographis paniculata(AAP14352)、胡黄连Picrorhiza kurrooa(ABC74565)、橡胶树Hevea brasiliensis(AAU08214)、海岛棉Gossypium barba-dense(ABC71314)、龙胆草Gentiana lutea(BAE92730)的一致性分别达到90%、86%、86%、92%、87%和88%。蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,初步证实该基因为hmgr基因,这是首次报道从药用植物大戟中克隆到甲羟戊酸途径关键酶HMGR的基因片段。

橡胶草HMGR基因的克隆及表达分析

通过比较9种植物的9条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)氨基酸同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR和RACE技术首次从橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)中克隆了一个HMGR基因,命名为TKHMGR。通过氨基酸序列同源性比对与系统进化分析表明,TKHMGR属于HMGR基因家族的新成员。同时,利用荧光定量方法分析了该基因在不同组织的表达情况。

三疣梭子蟹HMGR基因的克隆及其在蜕皮中的表达分析

为了研究3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase,HMGR)在甲壳动物蜕皮调控中的作用,采用RT-PCR和c DNA末端快速扩增技术(RACE),克隆得到三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)HMGR基因的c DNA序列(Gen Bank登录号:KF280756)。该序列全长2575bp,包括一个53bp的5′端非编码区,一个686bp的3′端非编码区和一个长度为1836bp的开放阅读框,编码611个氨基酸。该氨基酸序列与已公布的美洲海鳌虾HMGR氨基酸序列相比一致性达65%,具有Ⅰ型HMGR保守催化区域、两个HMG-Co A结合基序和两个NADP(H)结合基序。采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术,分析三疣梭子蟹HMGR基因的组织差异表达及在蜕皮周期中的表达水平变化,结果表明HMGR基因在三疣梭子蟹大颚器(MO)中的表达量最高,在其它组织中表达量均极低;在三疣梭子蟹蜕皮周期中,大颚器中HMGR基因的表达量自A期至D0亚期升至最高,然后下降,至D4亚期最低。验证了大颚器是三疣梭子蟹合成甲基法尼酯的唯一器官,表明HMGR在三疣梭子蟹蜕皮调控中起着重要作用。

秦艽HMGR基因家族的克隆及序列分析

研究克隆了秦艽3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)家族成员的两条基因,并对其序列进行了生物信息学分析.结果显示,两条HMGR基因都包含完整的开放读码(ORF)框,编码蛋白含有HMGR蛋白特有的4个保守的活性位点,与其他植物HMGR蛋白序列具有较高的一致性,都具有跨膜结构域,高级结构类同;GmHMGR1和GmHMGR2分别定位于细胞质膜和线粒体中.表达分析显示,GmHMGR1主要在根和花中表达,而GmHMGR2主要在叶中表达.

播娘蒿hmgr基因保守区片段的克隆与分析

通过比较6种植物的8条甲羟戊酸途径关键酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因同源区域,设计简并引物,利用RT-PCR技术成功地从播娘蒿叶中扩增出458bp的基因片段。通过BlastP比较,所推断的播娘蒿HMGR蛋白序列与拟南芥(NP_177775)、萝卜(CAA48610)、杜仲(AAV54051)、胡黄连(ABC74565)、喜树(AAB69726)、龙胆草(BAE92730)的一致性分别达到98%、96%、88%、89%、86%和87%。通过对蛋白质保守区、特征区以及进化树分析,证实该片段确为hmgr基因片段,该结果为首次报道。

甘草根特异性过表达HMGR基因毛状根的诱导

目的:构建甘草根特异性过表达3-羟基-3-甲基戊二酰Co A还原酶(HMGR)基因毛状根培养体系。方法:利用根特异性过表达甘草HMGR基因的植物双元表达载体,通过发根农杆菌ACCC10060介导,转化甘草外植体并诱导毛状根的形成,利用PCR法及测序法对转基因毛状根进行验证。结果:诱导得到大量生长良好的甘草根特异性过表达HMGR基因毛状根。结论:为进一步研究功能基因HMGR与甘草酸次生代谢的相关性,以及提高甘草毛状根中的甘草酸含量奠定了良好的实验基础。

烟草NtHMGR1基因的克隆和表达分析

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是MVA萜类合成途径的第一个关键酶,在烟草萜类物质的生物合成过程中起到重要的作用.本研究基于转录组数据,从烟草幼叶中克隆出1815 bp、可编码604个氨基酸的HMGR 1基因完整开放阅读框(ORF).经生物信息学分析显示,该基因编码的蛋白序列与番茄相似性最高;该蛋白序列无信号肽,2个区域有跨膜结构域,结构特征为膜外非分泌不稳定疏水蛋白;蛋白质二级结构由α螺旋、延伸链、β转角和不规则卷曲组成,三级结构为同源四聚体.与此同时,运用Real-time PCR对NtHMGR 1基因在烟草不同组织的表达差异性进行检测,结果表明,根<茎<上部叶<中部叶<下部叶.经SA,MEJA,ABA,GA处理后,NtHMGR 1基因的表达峰值出现时间以及在各时间点波动均存在差异性.

南京椴HMGR基因的克隆和功能验证

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase,HMGR)是植物萜类代谢中甲羟戊酸途径的关键酶,本研究运用cDNA末端快速扩增(RACE)技术,首次从珍稀植物南京椴中克隆出HMGR的全长基因TmiHMGR,其长度为2160 bp,包含一个1758 bp的开放阅读框,其推导蛋白TmiHMGR编码585个氨基酸残基,相对分子量为62.9 kD,pI为6.11。将TmiHMGR与其他植物HMGR氨基酸序列构建进化树,结果显示Tmi-HMGR与苹果的HMGR聚为一枝。采用半定量RT-PCR分析TmiHMGR在根、茎和叶中的表达情况,结果表明该基因在茎中的表达量最高,根和叶中的表达量相对较弱。验证功能的颜色互补实验结果显示,TmiHMGR能够使代谢流明显朝类胡萝卜素合成的方向进行,说明TmiHMGR在萜类产物生物合成中是一个重要因子。

过表达HMGR催化结构域以优化酵母工程菌原人参二醇代谢途径的研究

目的过表达3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)催化结构域提高酵母工程菌中原人参二醇的产量。方法分别克隆酿酒酵母中编码3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶催化结构域的基因t HMG1、人参中达玛烯二醇-Ⅱ合酶基因ds和原人参二醇合酶基因cyp1、拟南芥中CYP450还原酶基因cyp-re,构建相应表达质粒,转化酿酒酵母INVSc1,并检测重组菌中原人参二醇产量。结果重组菌INVSc1-DS-GFP/CYP1/CYP-Re和INVSc1-DS-GFP/CYP1/CYP-Re/t HMG1中原人参二醇产量分别为3.04 mg·L-1和26.5 mg·L-1。结论导入基因t HMG1,使原人参二醇产量提高了8.7倍,该结果为优化酵母工程菌中人参皂苷代谢途径奠定了基础。

菊叶香藜精油合成关键HMGR基因的生物信息学分析

采用生物信息学的方法分析菊叶香藜3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(Ds HMGR)基因所编码蛋白质的理化性质、信号肽、跨膜结构域、亚细胞定位、保守结构域、二级结构、三级结构,并进行多条氨基酸序列比对和系统进化树构建。结果表明,Ds HMGR基因包含一段1 725 bp的开放阅读框,编码574个氨基酸,非极性氨基酸为主要氨基酸,等电点为7.46,为不稳定蛋白质,编码蛋白质中不含有信号肽,在N端具有2个疏水区域,含有2个跨膜结构域,Ds HMGR蛋白定位到内质网上,在C端和连接区具有较高保守性,在N端保守性较低,含有HMGR蛋白特有的4个保守活性位点,二级结构主要为α-螺旋,三级结构预测显示Ds HMGR蛋白具有N、L和S 3个催化活性中心结构域。HMGR蛋白进化分析中,菊叶香藜与藜科植物聚为一支,遗传距离较近。

Expression of <i>HMGR</i>in Lilu cattle tissues

The 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR ) is an essential enzyme in cholesterol biosynthesis. To study the expression of HMGR in adipose and muscle tissues, and some performance indexes of four age stages, twelve Lilu cattle were selected. The results indicated that the Lilu beef cattle have good production and slaughter performance. HMGR mRNA expression level in adipose was higher than in muscle, but the trend in adipose was the same as in muscle. HMGR mRNA expression is difference in adipose and muscle tissues suggesting this gene is expressed in a tissue-dependent manner in cattle. Understanding the causes of variation in HMGR gene expression may provide crucial information about cholesterol biosynthesis in Lilu beef cattle.

植物3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)研究进展

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase,HMGR)是甲羟戊酸途径(mevalonate pathway,MVA)的第一个限速酶,在植物细胞质萜类化合物合成过程中起着关键作用,不仅对植物的生长发育至关重要,而且对植物适应苛刻的环境条件也很重要。本文就植物HMGR的结构特征、生物学功能及其调控机制的相关研究进展进行综述,旨在为园艺植物的遗传改良及新品种的培育提供分子基础和理论依据。