云南松PyCADs基因的克隆与表达分析

【目的】研究云南松肉桂醇脱氢酶的表达特性及其在木质素生物合成过程中的作用。【方法】以一年生云南松苗木为材料,通过测定嫩茎、嫩芽和针叶中18种木质素通路小分子的相对含量,并结合转录组数据联合分析,对云南松CAD基因进行筛选、克隆和生物信息学分析,同时利用RT-qPCR技术分析其在不同组织中的表达模式。【结果】在检测的18种木质素通路小分子中,嫩芽以5-O-咖啡酰莽草酸、5-O-对香豆酰莽草酸和咖啡酸3种小分子的相对含量较高,嫩茎以3-O-对香豆酰奎宁酸、4-香豆酸、阿魏酸、松柏醛、L-苯丙氨酸、松柏醇、对-香豆醇、L-酪氨酸和芥子醛9种小分子的相对含量较高,而在针叶中则以松柏苷、香豆醛、咖啡醛和紫丁香苷4种小分子的相对含量较高。云南松转录组中筛选出4个CAD家族成员,通过系统进化分析发现云南松PyCAD-3与AtCAD1同源,PyCAD-1、PyCAD-2和PyCAD-4与松属类CAD、拟南芥AtCAD4、AtCAD5亲缘关系最近。相关性分析表明PyCAD-1和PyCAD-2与上下游木质素通路小分子相关性较强。PyCAD-1和PyCAD-2开放阅读框全长分别为570和1083 bp,编码蛋白分子量分别为20.38和39.30 kDa。实时荧光定量PCR结果分析显示,PyCAD-1基因的相对表达量在嫩芽、嫩茎中最高;PyCAD-2基因的相对表达量在嫩茎中最高。【结论】PyCAD-2可能直接参与云南松木质素的生物合成,而PyCAD-1则可能存在一定的功能冗余。研究结果为云南松CAD基因家族及木质素代谢途径相关基因研究提供参考。

微紫青霉(Penicillium janthinellum)Snef1650诱导大豆胞囊线虫防治效果及GmCAD应答响应

大豆胞囊线虫严重影响大豆的产量和品质,利用生防菌可以有效控制大豆胞囊线虫(SCN)种群数量并降低危害。微紫青霉(Penicillium janthinellum)Snef1650是本实验室筛选出的对大豆胞囊线虫具有较高防效的生防真菌。为了研究Snef1650诱导大豆抗SCN的生防机制,通过触杀、室内盆栽和裂根试验检测Snef1650菌株诱导SCN防治效果;通过实时荧光定量PCR技术检测了木质素合成关键酶肉桂醇脱氢酶(CAD)在线虫胁迫下的表达变化。结果表明,随着Snef1650浓度(20%、40%、60%、80%和100%)和暴露时间(12、24、36和48 h)的增加,J2死亡率逐渐增加。盆栽和裂根试验发现,Snef1650发酵液有效延缓线虫幼虫的侵染和发育。qPCR分析感病品种Williams 82和抗线虫品种小粒黑豆中GmCAD的表达情况发现,GmCAD1和GmCAD2在Snef1650诱导感病品种抗线虫过程中9 dpi和15 dpi时表达显著上调,同时与抗病品种中的表达情况存在时间一致性。间苯三酚木质素染色表明,Snef1650诱导了木质素参与SCN胁迫,与小粒黑豆中染色结果相似,染色部分更加明显。研究结果表明,SCN胁迫下Snef1650可诱导木质素生物合成来抵御线虫的入侵以及发育。

海岛棉CAD和CAD-Like基因家族的鉴定、表达及其对大丽轮枝菌的响应

【目的】肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素合成途径中的关键酶,在增强植物机械强度、抵御病原菌入侵等方面发挥重要作用。鉴定海岛棉GbCAD、GbCAD-LIKE(GbCADL)基因家族成员,并对其表达特征及其在黄萎病抗性中的作用进行分析,为棉花抗黄萎病机制的解析及抗病育种提供参考。【方法】利用生物信息学方法对海岛棉GbCAD、GbCADL基因家族成员进行鉴定,并对其染色体定位、系统发育关系、基因结构、启动子顺式元件的预测进行系统分析。通过获得公开释放的转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析GbCAD基因及GbCADL基因的表达特征。利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术对GbCAD基因及GbCADL基因进行功能分析。【结果】从海岛棉中鉴定到25个GbCAD基因(分布在10条染色体)和34个GbCADL基因(分布在17条染色体)。GbCAD基因分为3个亚组,GbCADL基因分为4个亚组,同一个组内基因含有相似的外显子-内含子结构和保守结构域。GbCAD基因和GbCADL基因具有不同的转录表达特征,其启动子中含有多种激素和胁迫响应元件。转录组数据和qRT-PCR显示,GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL5A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达受大丽轮枝菌诱导,尤其是GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达在大丽轮枝菌处理后显著增加。利用VIGS技术,将显著受大丽轮枝菌诱导表达的GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D分别在棉花中沉默,分析VIGS株系对大丽轮枝菌抗性的变化。结果显示,与对照植株相比,VIGS株系对大丽轮枝菌的抗性显著降低。二氨基联苯胺(DAB)染色结果显示,在未受到黄萎病侵染时,VIGS植株和对照植株的染色程度无显著差异;在大丽轮枝菌处理6 h后,与对照植株相比,沉默株系GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D均表现出较深的着色,表明在沉默株系中有较高的活性氧累积。茎的切片结果显示,大丽轮枝菌处理后,TRV:GbCAD10A/D、TRV:GbCADL4A/D、TRV:GbCADL6A/D、TRV:GbCADL7A/D沉默株系的茎维管组织表现出明显的深褐色,表明其对大丽轮枝菌的抗性显著降低。【结论】抑制GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达可以显著降低棉花对大丽轮枝菌的抗性。

小立碗藓PpCAD4基因敲除载体的构建及功能研究

木质素是植物抵御外界环境的重要成分,肉桂醇脱氢酶(cinnamic alcohol dehydrogenase,CAD)是木质素合成途径中的关键酶和限速酶之一。前期数据表明,在灰霉菌侵染下,PpCAD4基因上调表达,但PpCAD4功能尚未明确。本次研究利用同源重组原理构建PpCAD4.1-PTN182-PpCAD4.2敲除载体,从而破坏PpCAD4的alcohol dehydrogenase GroES-like domain(ADH_N)和zinc-binding dehydrogenase(ADH_zinc_N)结构域。利用PGE 6000介导小立碗藓原生质体转化,筛选并鉴定得到敲除PpCAD4突变体植株。qRT-PCR表明,敲除型植株中PpCAD4的表达量相对野生型减少了84%。通过对配子体的形态观察发现,PpCAD4突变株通过增加配子体中拟叶的数量,使得植株生物量增加,这表明CAD4在早期陆生植物的生长发育中起着重要作用。用灰霉菌侵染小立碗藓发现,0.5 d后野生型配子体菌丝入侵率为15%,cad4-ko菌丝入侵率为40%。侵染1 d后,Ppcad4-ko配子体菌丝侵入率是野生型的2倍。表明PpCAD4能够增加小立碗藓对真菌病原菌的抗性。

沉默CCR和CAD基因培育低木质素含量转基因多年生黑麦草

木质素作为维管植物的重要成分之一,主要存在于细胞的次生壁中。然而,木质素却是许多工农业加工过程的限制因素,例如在化学制浆、牧草消化以及木质纤维转化为生物酒精等过程中。肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)和肉桂醇脱氢酶(CAD)是催化木质素单体生物合成最后两步的关键酶。本研究根据NCBI中黑麦草CCR和CAD基因序列设计特异引物并添加相应酶切位点,从野生型多年生黑麦草cDNA分离克隆CCR和CAD基因片段,分别构建了含正反方向目的片段的植物表达干扰载体p23-iCCR和p23-iCAD。通过根癌农杆菌EHA105介导转入多年生黑麦草胚性愈伤组织,经过巴龙霉素筛选和PCR检测获得导入了干扰CCR和CAD基因片段的转基因株系i-CCR和i-CAD。常规方法测定相对木质素含量,结果显示,与对照相比,有9株i-CCR植株和11株i-CAD植株木质素含量显著降低,分别平均降低了34.67%,33.86%,且生长正常。本研究表明通过干扰CCR和CAD基因表达,可以获得低木质素含量的多年生黑麦草,为进一步培育易消化吸收的黑麦草提供了良好的种质资源。

棉花肉桂醇脱氢酶基因GhCAD6的克隆及正义、反义与RNAi干扰载体的构建

肉桂醇脱氢酶(CAD)催化木质素单体合成的最后一步反应,将肉桂醛还原生成相应的肉桂醇。采用PCR方法从棉花中克隆了GhCAD6基因1569 bp的基因组序列,序列分析表明GhCAD6基因由5个外显子和4个内含子组成。为了研究GhCAD6基因的功能,构建由棉纤维组织特异性启动子E6驱动的GhCAD6基因正义、反义表达载体;同时克隆了GhCAD6基因的一段417 bp高度保守的NBD区序列,构建了GhCAD6基因的RNAi干扰载体,并将上述载体转入农杆菌菌株LBA4404中。为通过转基因技术深入研究GhCAD6基因在棉纤维发育和木质素代谢途径中的作用创造条件。

丹参肉桂醇脱氢酶基因(SmCAD)的克隆及表达分析

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)依赖于NADPH还原肉桂醛及其衍生物,是催化木质素单体生物合成途径的最后一步关键酶。通过分析丹参转录组数据库,从丹参中获得一条肉桂醇脱氢酶基因,命名为SmCAD(Genebank注册号:HQ162287)。该序列包含一个长为1083 bp的开放阅读框,有3个内含子和4个外显子,编码360个氨基酸,含有NADP(H)结合域,Zn1和Zn2锌结合位点。利用BD walking的方法获得其启动子序列1202 bp,序列分析结果表明,SmCAD启动子区包含茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)响应元件以及MYB结合位点。利用实时荧光定量PCR分析表明,该基因在丹参根、茎、叶中均有表达,且其表达受到MeJA的诱导和GA3的抑制,推测该基因可能参与了丹参对外源信号的应答反应。研究结果可为进一步研究SmCAD基因在丹参中的具体功能提供理论依据。

棉花肉桂醇脱氢酶基因GhCAD3的克隆及原核表达

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成过程中的一个关键酶类。本研究从棉花中克隆了一个CAD基因,命名为GhCAD3(GenBank登录号为FJ376601)。GhCAD3全长1573 bp,具有1个1080 bp的开放阅读框,5′非编码区为35 bp,3′非编码区为458 bp,编码359个氨基酸,预测分子量约为39.116kD,等电点为7.48。氨基酸同源性分析发现,GhCAD3与其他CAD一致性为64.13%。为了进一步研究GhCAD3基因的功能,构建了该基因的原核表达载体pET-28a-CAD3,经酶切鉴定后转化到大肠杆菌BL21(DE3)中。SDS-PAGE电泳分析表明,最佳诱导表达条件为0.5 mmol/L IPTG在37℃下诱导7 h。

巨龙竹肉桂醇脱氢酶基因(DsCAD)的克隆及功能分析

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)是木质素生物合成途径的关键酶。研究根据巨龙竹转录组数据设计的一对特异引物,运用逆转录PCR(RT-PCR)技术从巨龙竹茎秆中克隆得到肉桂醇脱氢酶基因DsCAD,该基因包含1080 bp的完整c DNA开放阅读框,编码359个氨基酸,理论相对分子质量38689.6,等电点6.18。利用生物信息学方法对DsCAD进行分析,结果显示:DsCAD氨基酸序列包含CAD超家族的保守结构域,具有植物CAD基因的典型特征;其与禾本科植物CAD基因的同源性较高,亲缘关系较近,其中与孝顺竹的同源性高达95%。荧光定量PCR检测结果显示DsCAD基因在巨龙竹竹笋中的表达量要高于茎秆,而在茎秆中的表达量有明显高于叶。

杉木CAD基因生物信息学分析

杉木CAD片段为信息探针,利用序列拼接方法获得了738bp的cDNA序列.利用MEGA4.0软件对不同进化层次的代表植物相应CAD基因进行比对,构建系统进化树.利用生物信息学方法分析了杉木CAD基因的结构与功能,其中包括核苷酸序列的组成、ORF识别、CpG岛、限制性酶切位点分析、卷曲螺旋、亲水性、糖基位点及二级结构.结果表明:杉木与铁杉的CAD基因具有99.00%的同源性;该序列在88～737bp片段上有一个开放性阅读框,该序列编码的是一个碱性蛋白,亲水性较强,疏水性较弱,信号肽序列为第1位～第11位,二级结构以α-螺旋(27.50%)与不规则盘绕(41.50%)为主,延伸链(22.50%)也是该蛋白的重要结构元件,β转角区域仅为8.50%.

杨树肉桂醇脱氢酶基因序列和表达模式分析及CAD4酶活性检测

应用生物信息学方法从杨树基因组数据库中筛选出19个杨树肉桂醇脱氢酶基因,它们聚为3类。序列分析表明,杨树CAD基因家族主要通过全基因组加倍和串联复制的方式进行扩张。杨树和拟南芥CAD家族共6对旁系同源基因,在较强的净化选择压力下进化。19个基因在杨树不同组织中均有表达,表达量较高的是PoptrCAD17、PoptrCAD4、PoptrCAD10和PoptrCAD7,其他基因表达相对较少,相同亚类的CAD基因表达变化趋势接近。从毛白杨中克隆得到PoptrCAD4,体外表达的CAD4酶催化活性很强,具有明显的松柏醇底物偏好。

苦荞FtCAD-1和FtCAD-2基因克隆及组织表达分析

【目的】克隆苦荞肉桂醇脱氢酶(CAD)基因并分析其组织表达特性,为深入研究CAD基因在苦荞果壳形成中的分子调控机制提供理论依据。【方法】基于苦荞转录组测序结果,从苦荞厚果壳品种云荞1号和薄果壳品种小米荞克隆CAD基因,对其序列进行生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测CAD基因在不同果壳厚度类型(厚果壳苦荞和薄果壳苦荞)不同组织的表达情况。【结果】从薄果壳苦荞和厚果壳苦荞中均克隆获得2条苦荞CAD基因,且这2条基因序列在薄果壳苦荞与厚果壳苦荞中均完全一致,命名为FtCAD-1和FtCAD-2。FtCAD-1基因的开放阅读框(ORF)长度为876 bp,编码291个氨基酸残基,为疏水性的稳定酸性蛋白,定位于细胞核和细胞质;FtCAD-2基因的ORF长度为1083 bp,编码360个氨基酸残基,为亲水性的稳定酸性蛋白,定位于细胞质。FtCAD-1和FtCAD-2蛋白均具有CAD蛋白3个典型的保守结构域,且不具有跨膜结构域和信号肽,属于非分泌蛋白。FtCAD-1与数据库目标蛋白2cf5.1.B的结构相似度为74.74%,而FtCAD-2与数据库目标蛋白5z0c.1.A的结构相似度为63.03%。FtCAD-1与拟南芥的第一类CAD蛋白(AtCAD4和AtCAD5)的亲缘关系较近;FtCAD-2与拟南芥的第二类CAD蛋白(AtCAD2、AtCAD3、AtCAD6等)的亲缘关系较近。FtCAD-1和FtCAD-2基因均在种仁中的相对表达量最高,且厚果壳苦荞与薄果壳苦荞间无显著差异(P>0.05)。FtCAD-1基因在厚果壳苦荞叶、花和果壳中的相对表达量显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01)高于薄果壳苦荞,尤其是在厚果壳苦荞果壳中相对表达量是薄果壳苦荞的16倍。FtCAD-2基因除了在薄果壳苦荞果壳中相对表达量显著高于厚果壳苦荞外,在其他组织中的相对表达量均表现为厚果壳苦荞高于薄果壳苦荞。【结论】FtCAD-1属于第一类CAD基因,具有明显的组织表达特异性,推测其在苦荞木质素生物合成过程中发挥重要调控作用。

‘三红蜜柚’CmCAD基因的克隆与表达分析

为了探究CmCAD基因在‘三红蜜柚’果实发育过程中的作用与表达规律,该研究以‘三红蜜柚’果实为材料,利用反转录PCR技术克隆获得3个‘三红蜜柚’CmCAD基因,分别命名为CmCAD1、CmCAD3和CmCAD4。对这3个基因所编码的蛋白进行了生物信息学分析,研究了它们在不同品种蜜柚及‘三红蜜柚’果实生长发育阶段的表达模式。结果表明:克隆得到的3个CmCAD基因cDNA长度分别为1 032 bp、1 080 bp和1 071 bp,编码344、360和357个氨基酸;生物信息分析发现3个CmCAD基因编码的蛋白含有相同的保守结构域,均有跨膜螺旋结构与磷酸化位点;系统进化树分析表明,CmCAD1、CmCAD3和CmCAD4分别与甜橙CsCAD1、拟南芥AtCAD9和甜橙CsCAD4的亲缘关系最近。实时定量PCR分析结果显示,3个CmCAD基因在不同品种蜜柚果实生长过程中表达水平存在差异,且3个CmCAD基因在‘三红蜜柚’果实发育过程中的表达规律也有所不同。研究推测,CmCAD4具有一定的潜在功能,可能参与调控‘三红蜜柚’果实中木质素的合成,但基因的具体功能与调控机理还需进一步探索。

洋草麦HdCAD基因的克隆与生物信息学分析

[目的]克隆洋草麦肉桂醇脱氢酶基因(HdCAD),揭示HdCAD基因的序列特性,对HdCAD蛋白进行生物信息学分析。[方法]以洋草麦转录组数据中的HdCAD为参考序列,设计1对特异引物,利用RT-PCR技术克隆HdCAD基因;利用生物信息学软件对HdCAD基因序列进行分析,对HdCAD蛋白的理化性质、蛋白结构、亚细胞定位等进行预测和系统进化树分析。[结果]HdCAD基因编码区全长1071 bp,共编码356个氨基酸。HdCAD蛋白含有17个磷酸化位点,不含有跨膜结构域和信号肽位点,预测定位在细胞质中;二级结构中,以无规卷曲元件占比最高;含有1个典型的CAD1结构域,属于MDR超家族。系统进化树分析结果显示,HdCAD蛋白与二粒小麦、节节麦、西藏裸大麦亲缘关系最近。[结论]该试验成功克隆HdCAD基因、预测了该基因编码蛋白的序列特征和功能,可以为今后研究洋草麦抗非生物胁迫功能提供参考。

小麦肉桂醇脱氢酶基因(TaCAD1)全长cDNA序列及生物信息学分析

小麦(Triticum aestivum)是世界三大主粮之一,倒伏严重制约了小麦产量的提高。小麦肉桂醇脱氢酶基因(TaCAD1)是小麦木质素合成的关键基因,小麦体内木质素含量越高,茎秆强度越高,抗倒伏能力随之增强。为了探明小麦肉桂醇脱氢酶基因的生物学功能,对TaCAD1基因编码的氨基酸序列进行生物信息学分析。结果表明:TaCAD1基因cDNA序列全长1311bp,包含1个长度为1083bp的开放阅读框(ORF),编码360个氨基酸。TaCAD1蛋白等电点(pI)为5.74,分子量为38625.45 Da,其不稳定系数为23.91,属于稳定蛋白质。推导的TaCAD1蛋白为疏水性蛋白,不存在跨膜区,可能位于细胞质内,该蛋白的二级结构元件主要为无规卷曲。TaCAD1蛋白在进化过程中较为保守,与节节麦、大麦、高羊茅、黑麦草、短花药野生稻CAD蛋白的一致性达94.81%。研究结果为进一步探究TaCAD1在小麦抗倒伏过程中的作用及小麦抗倒伏的分子育种提供参考。

植物肉桂醇脱氢酶及其基因研究进展

肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)作为植物次生代谢特别是木质素合成的关键酶,与植物生长发育和抵御病原菌入侵关系密切,研究CAD基因表达调控及其与组织木质化的关系具有重要的植物生理学意义.该文综述了植物CAD的蛋白特征、酶学性质、基因分布和分类、基因结构和表达调控以及CAD表达与木质素合成的关系,为研究CAD在植物生长发育和抗病中的作用提供理论指导.

苯并噻二唑诱发水稻对稻瘟病抗性中防卫相关酶活性的变化

分析了苯并噻二唑 (BTH)诱导水稻对稻瘟病抗性中苯丙氨酸解氨酶 (PAL)、肉桂醇脱氢酶 (CAD)、过氧化物酶(POD)、脂氧合酶 (L OX)、β- 1,3-葡聚糖酶和几丁酶等活性的变化。结果表明 BTH诱导处理亲和性水稻品种第 3叶后提高了处理叶及其上位第 4叶中 CAD、L OX和β- 1,3-葡聚糖酶等的活性 ;经 BTH处理的幼苗接种稻瘟菌后 ,处理叶和其上位叶中CAD、POD、L OX和 β- 1,3-葡聚糖酶等活性快速增加 ,且增长幅度均显著大于对照。几丁酶活性在受稻瘟菌侵染后升高 ,但BTH诱导处理并不能促进其增加 ;PAL活性在 BTH处理及稻瘟菌接种后均无明显变化。这些结果说明 ,BTH处理能诱导CAD、POD、L OX和β- 1,3-葡聚糖酶等活性的增加 ,而且这些酶活性的升高可能与

杜仲肉桂醇脱氢酶基因克隆及序列分析

以杜仲一叶一心期幼叶为材料 ,提取总RNA ,采用RT -PCR技术分离得到 4 98bp核苷酸片段 ,此核苷酸片段与GenBank中的苹果树肉桂醇脱氢酶 (CAD)基因序列有 6 4 .1%的同源性 ,与桉树mRNACAD有 6 3.9%的同源性。所克隆的cDNA编码 16 5个氨基酸残基 ,其序列与苹果树CAD相应片段有 6 8.5 %的同源性 ,与桉树mRNACAD相应片段有 6 6 .1%的同源性。推测克隆的核苷酸片段为杜仲CAD的基因片段。

棉花肉桂醇脱氢酶基因的克隆与分析

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成过程中的一个关键酶类。根据棉花纤维特异表达cDNA文库分析得到的肉桂醇脱氢酶基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术从棉花中克隆了一个CAD基因,命名为GhCAD5(GenBank登录号为FJ848868)。研究结果表明:GhCAD5全长1488bp,具有一个1068bp的开放阅读框,5′非编码区为140bp,3′非编码区为280bp,编码355个氨基酸,预测分子量约为38.403kDa,等电点为7.67。氨基酸同源性分析发现,GhCAD5与拟南芥AtCAD1和水稻OsCAD4的同源性较高。利用PCR方法克隆了GhCAD5基因的基因组序列,长度为1695bp,包含6个外显子和5个内含子。将GhCAD5的ORF连接于原核表达载体pET-28a中,经IPTG诱导,获得了相应蛋白的表达。棉花GhCAD5基因的克隆为进一步研究其生物学功能和应用奠定了基础。

木质素合成关键酶——肉桂醇脱氢酶的研究进展

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素合成途径的关键酶之一,它作用于木质素单体生物合成的最后一步。重点综述了肉桂醇脱氢酶(CAD)的在基因家族方面,基因调控方面以及蛋白结晶方面的研究进展,讨论了存在的问题并提出了相关策略。