黄瓜LDC基因克隆及逆境胁迫下的表达分析

利用RT-PCR技术从耐冷黄瓜品种‘Chipper’中克隆鉴定了1个赖氨酸脱羧酶(LDC)基因的ORF,命名为CsLDC,在GenBank中的登录号为KC202438。该基因ORF全长为645 bp,编码215个氨基酸的肽链,相对分子质量为23 625.2,等电点为5.99。BLASTp发现该蛋白具有赖氨酸脱羧酶保守序列,与毛果杨的同源性最高,进化树分析表明CsLDC与矮牵牛LDC亲缘关系最近;该蛋白无信号肽但存在一个明显跨膜区,并存在多个蛋白质位点;SWISS-MODEL预测该蛋白的3D结构与拟南芥At2G37210基因编码赖氨酸脱羧酶蛋白2a33相似性为88.89%。荧光实时定量PCR检测结果显示,CsLDC是低温和盐快速响应基因,在处理4 h时表达量达峰值,分别是处理前的4.07和2.03倍,之后下降到原来水平,并长时间维持稳定;而干旱胁迫对该基因表达起到下调作用,24 h时又恢复到原来水平,推测CsLDC在黄瓜耐低温和耐盐中起重要作用。

湘西蛇足石杉不同部位石杉碱甲分布及与LDC表达的关系

目的:测定湘西蛇足石杉不同部位石杉碱甲含量,分析石杉碱甲分布与赖氨酸脱羧酶基因(LDC)表达的关系。方法:采用HPLC测定蛇足石杉根、茎、叶中石杉碱甲含量,HPLC条件:Diamonsil C18色谱柱(250 mm×4.6mm,5μm),流动相为甲醇-0.08 mol/L醋酸铵(32∶68,V/V),流速为1.0 mL/min,柱温为25℃,检测波长为308nm。以肌动蛋白基因为内参物,通过半定量RT-PCR比较LDC在根、茎、叶中的表达量。结果:石杉碱甲在0.5～10.0μg/mL线性关系良好,平均加样回收率为102%,RSD为0.32%;湘西蛇足石杉根、茎、叶中石杉碱甲含量分别为(118.35±0.77)μg/g、(411.09±2.47)μg/g、(562.15±2.86)μg/g;半定量RT-PCR分析表明LDC在根、茎、叶中表达量无明显差异。结论:湘西蛇足石杉不同部位石杉碱甲含量差异显著;推测赖氨酸脱羧酶不是石杉碱甲生物合成中的关键酶。

苦豆子SaLDC密码子偏好性分析、优化及原核表达

目的研究苦豆子SaLDC密码子偏好性、优化及原核表达。方法运用EMBOSS在线程序中的CHIPS、CUSP和CodonW软件分析SaLDC密码子的偏好性,根据大肠杆菌密码子的偏好性对SaLDC密码子进行优化,并将优化后的基因命名为optSaLDC;构建重组表达载体pET⁃28a(+)⁃optSaLDC,转化大肠杆菌BL21(DE3);IPTG诱导SaLDC蛋白表达,并对表达蛋白进行质谱分析。结果SaLDC有28个密码子的RSCU值>1.00,偏好使用以A/T结尾的密码子;SaLDC的密码子使用偏好性与拟南芥最接近,与大肠杆菌差别最大。优化后的optSaLDC在大肠杆菌中最佳表达条件为IPTG浓度1.0 mmol/L,诱导温度15℃,诱导时间16 h。LC⁃MS/MS鉴定诱导得到的SaLDC蛋白分子质量为48990.51 Da。结论诱导获得的optSaLDC纯化蛋白可用于后续体外SaLDC酶活性分析,为深入研究该基因的功能提供依据。

苦豆子赖氨酸脱羧酶基因克隆与表达分析

赖氨酸脱羧酶(lysine decarboxylase,LDC)基因是苦豆子中氧化苦参碱(oxymatrine,OMA)生物合成的第一个关键酶基因。根据近缘物种苦参的赖氨酸脱羧酶基因设计特异引物,同源克隆法克隆了苦豆子赖氨酸脱羧酶基因的蛋白质编码区序列,全长1368bp,命名为Sa-LDC,GenBank登录号为KM249871。生物信息学分析表明SaLDC编码区序列无内含子,与苦参和狗苦参的LDC序列一致性均达到97%;属于Ⅲ型5-磷酸吡哆醛依赖酶[typeⅢpyridoxal 5-phosphate(PLP)-dependent enzymes,PLPDE-Ⅲ]超基因家族,功能活跃。Sa-LDC编码455个氨基酸残基,其编码的肽链相对分子质量49.14kD,理论等电点5.63,无信号肽和跨膜结构;在其氨基酸序列中具有产喹诺里西啶生物碱的特征性保守位点Phe^(340);系统进化树将苦豆子与其他产喹诺里西啶类生物碱的植物聚为一类。qPCR和HPLC检测显示,苦豆子赖氨酸脱羧酶基因的表达和氧化苦参碱的积累均受干旱胁迫的影响,且基因的表达量与氧化苦参碱的积累呈正相关关系。

枯草芽孢杆菌BJ3-2赖氨酸脱羧酶基因yaaO的克隆与序列分析

根据Gen Bank中的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)168菌株假定的赖氨酸脱羧酶基因(LDC)序列设计同源引物,提取枯草芽孢杆菌BJ3-2基因组DNA进行PCR扩增,并克隆至p GEM-T载体后测序。序列分析结果表明:Bacillus subtilis BJ3-2 yaa O基因开放阅读框(ORF)长为1 443 bp,获得基因登录号为KJ561349,BLAST比对与已报道枯草芽孢杆菌的yaa O基因核苷酸序列及氨基酸序列同源性均高达90%以上,对赖氨酸脱羧酶氨基酸序列构建系统进化树分析,发现Bacillus subtilis BJ3-2的LDC与B.subtilis JS亲缘关系最近,SWISS-MODEL预测该蛋白的3D结构与鸟氨酸/赖氨酸/精氨酸脱羧酶蛋白相似性为39.22%,属于典型的III型磷酸吡哆醛(PLP)依赖型鸟氨酸/赖氨酸/精氨酸脱羧酶家族成员。yaa O基因序列分析及氨基酸保守结构域的分析,为有效控制水豆豉产品中尸胺含量过高的研究提供了理论基础。

苦豆子赖氨酸脱羧酶基因启动子在拟南芥中的表达分析

赖氨酸脱羧酶(LDC)基因是苦豆子中氧化苦参碱(OMA)生物合成的第一个关键酶基因。在已有苦豆子赖氨酸脱羧酶基因(SaLDC)基础上克隆得到该基因上游1260 bp的启动子序列,GenBank登录号为KY038928,前期在苦豆子愈伤组织中的瞬时表达研究显示该启动子具有启动活性。生物信息学分析发现该启动子区域除了拥有启动子区的基本顺式作用元件TATA-box和CAAT-box外,还具有多个与光信号、逆境应答等相关的顺式作用元件。为进一步研究SaLDC启动子的功能,构建了该启动子与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)报告基因融合的植物表达载体并通过农杆菌介导遗传转化拟南芥,同时对光诱导和聚乙二醇(PEG)胁迫的转基因拟南芥进行GUS活性染色和定量分析。结果显示,在T2代转基因拟南芥幼苗的不同生长阶段和成株的各组织器官中均可检测到GUS酶活性,且随幼苗生长时间的延长,叶片中的表达活性下降;在成株叶片和花萼中的表达活性强于根、茎、花瓣和角果。光和PEG胁迫均能诱导转基因拟南芥中GUS的表达;GUS酶活性定量测定显示,短时间的PEG胁迫(1~2 h)GUS酶活性显著上调(P<0.05),而连续胁迫8 h时GUS酶活性下调至最低(P<0.01),比胁迫前下降了28.2%。以上结果表明SaLDC启动子既有时空表达特异性又有组织表达特异性,光诱导和干旱胁迫对结构基因的表达有重要的调控作用。

基于盐胁迫的苦豆子种子生理特性和赖氨酸脱羧酶基因表达分析

【目的】本文研究了盐胁迫下苦豆子萌发种子的生理特性和赖氨酸脱羧酶基因SaLDC表达量的变化。【方法】用NaCl溶液胁迫苦豆子种子,统计盐胁迫后种子的各项活力指标,测定子叶的PMP、MDA和Pro含量以及SOD、POD、CAT抗氧化酶活性。qPCR测定SaLDC表达量,HPLC测定Cad含量。【结果】随着NaCl溶液浓度的增加,种子的各项活力指标降低,相对盐害率上升。苦豆子能耐受NaCl溶液胁迫,保持种子正常萌发率达到50%的阈值为200 mmol·L-1。轻度盐胁迫(NaCl溶液≤100 mmol·L-1)时,POD酶起主要保护作用,在重度盐胁迫(NaCl溶液>200 mmol·L-1)下,CAT酶起主要保护作用;SaLDC在子叶中表达量最高,下胚轴中表达量最低,盐胁迫促使该基因表达上调;子叶中未检测到Cad,但在下胚轴和胚根中随NaCl溶液浓度的增加Cad含量降低。【结论】盐胁迫影响苦豆子种子的萌发和相关耐盐生理特性,SaLDC对盐胁迫的应答存在组织特异性。

苦豆子遗传转化体系建立及SaLDC启动子缺失分析

药用植物遗传转化体系的建立对其功能基因研究具有重要意义,该研究在已有苦豆子再生体系的基础上,对农杆菌菌液浓度、农杆菌侵染时间、农杆菌与苦豆子愈伤组织的共培养时间、愈伤组织预培养时间、乙酰丁香酮添加方式和乙酰丁香酮浓度6个遗传转化因子进行优化,结果表明在预培养15 d的苦豆子愈伤组织中农杆菌菌液浓度A600为0.9、侵染时间15min、农杆菌与愈伤组织共培养48 h、并在侵染液中添加AS 200μmol·L^(-1)时,GUS瞬时转化效率高达83.33%。以苦豆子基因组DNA为模板克隆获得Sa LDC上游1 260 bp的启动子序列(Gen Bank登录号KY038928),将不同长度(310,594,765,924,1 260 bp)的启动子缺失片段分别与GUS报告基因融合,构建的植物表达载体经农杆菌介导转化苦豆子愈伤组织,GUS瞬时表达结果显示,5个不同长度的Sa LDC启动子片段均可驱动GUS在苦豆子愈伤组织中的表达,表明克隆所得的Sa LDC启动子具有启动活性,以310 bp的片段启动活性最强,为进一步分析该启动子功能奠定了基础。

烟草赖氨酸脱羧酶基因NtLDC1的克隆和表达分析

赖氨酸脱羧酶(lysine decarboxylase,LDC)是生物碱合成第一步所需的关键酶。为研究LDC基因在烟草中特性和功能,本研究采用同源克隆和RT-PCR方法从栽培烟草‘K326’中克隆得到一个LDC基因,命名为Nt LDC1,Gen Bank登录号为KU507075。序列分析表明烟草Nt LDC1基因ORF全长666 bp,编码221个氨基酸的蛋白,相对分子质量为24 264.9 Da,等电点为5.43。不同植物中LDC蛋白较为保守,Nt LDC1与番茄和马铃薯的LDC蛋白高度相似,进化分析表明Nt LDC1与番茄中LDC的亲缘关系最近。利用实时荧光定量PCR对Nt LDC1基因进行组织表达分析,结果显示Nt LDC1基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,在叶片中的表达水平最高。低温可以诱导Nt LDC1基因的表达,在低温处理8 h基因的表达量达到最高,表明Nt LDC1可能在烟草低温胁迫应答中发挥作用。

生物法合成戊二胺研究进展

随着经济快速发展,大气污染和全球变暖的趋势日益恶化。世界上每年消耗大量石化资源来源的聚酰胺,戊二胺作为聚酰胺的重要组成单体,生物法合成戊二胺具有经济学和生态学双重意义。目前,生物法合成戊二胺的工程菌主要有谷氨酸棒状杆菌和大肠杆菌,文中从微生物中戊二胺的代谢、戊二胺合成途径的关键酶和转运蛋白、戊二胺生产最佳代谢途径和戊二胺产量的预测、代谢工程研究进展等方面综述了生物法合成戊二胺的最新研究现状和进展,并对其前景进行了展望。

苦豆子赖氨酸脱羧酶基因表达与苦参碱和氧化苦参碱含量的关系

目的研究干旱胁迫下苦豆子子叶中赖氨酸脱羧酶(lysine decarboxylase,LDC)基因表达量与苦参碱(matrine,MA)和氧化苦参碱(oxymatrine,OMA)含量的关系。方法以不同质量分数PEG 6000胁迫萌动苦豆子种子,72 h后高效液相色谱(HPLC)测定其苦参碱和氧化苦参碱含量,荧光定量PCR(Real-time fluorescence quantitative PCR,q PCR)测定赖氨酸脱羧酶表达量。结果萌动苦豆子种子在轻度胁迫(PEG质量分数<15%)下,子叶中苦参碱和氧化苦参碱含量降低,重度胁迫(PEG质量分数>20%)下,子叶中苦参碱和氧化苦参碱含量升高。荧光定量PCR显示,子叶中赖氨酸脱羧酶表达量随胁迫加剧呈先降后升的趋势,特别是在轻度和重度胁迫下,赖氨酸脱羧酶表达量与苦参碱和氧化苦参碱含量变化一致。结论苦豆子子叶中苦参碱和氧化苦参碱含量与赖氨酸脱羧酶的表达有一定的关系。

蛇足石杉赖氨酸脱羧酶基因的克隆、原核表达及其功能分析

赖氨酸脱羧酶(Lysine decarboxylase,LDC)是抗老年痴呆药——石杉碱甲生物合成的第一个酶。为了研究蛇足石杉中LDC的特性和功能,以其总RNA为模板,通过RT-PCR扩增得到2个赖氨酸脱羧酶基因LDC1和LDC2,克隆至pMD?19-T中测序发现,两基因同源性为95.3%,分别编码212和202个氨基酸。将两基因引入pET-32a(+)构建重组表达质粒pET-32a(+)/LDC1和pET-32a(+)/LDC2,分别转入BL21(ED3)中进行诱导表达,在30℃条件下获得可溶性表达产物Trx-LDC1和Trx-LDC2;采用Ni-NTA亲和层析法纯化目的蛋白,建立酶促反应体系分析其脱羧酶活性,薄层层析(TLC)检测表明重组融合蛋白Trx-LDC1和Trx-LDC2均能催化赖氨酸脱羧生成尸胺。利用生物信息学软件分析发现LDC1和LDC2理化性质存在差异,但预测的二级结构和三维结构基本一致。

一株产赖氨酸脱羧酶的菌株Klebsiella pneumoniae sp.GXW-1的鉴定

已有研究表明尸胺可以代替己二胺和己二酸合成新型尼龙,从而解决工业上用石油制取己二胺带来的资源枯竭及环境污染问题,并且尸胺是赖氨酸脱羧酶的产物。本研究通过微生物纯培养技术筛选得到了一株产赖氨酸脱羧酶的菌株GXW-1,完成了该菌株16S rDNA基因鉴定和生理生化特性研究,将其鉴定为Klebsiella pneumoniae sp.。该菌种酶活的最适作用温度为40℃,最适p H为5.4,其酶活为80.46 U,具有较好的生化特性优势。研究表明,金属离子Cd2+和Sr2+可以刺激酶活的提升,而Trition试剂对酶活性也有微弱的激活作用。本研究为以后的工业化生产尸胺提供了思路和依据。

蛇足石杉中赖氨酸脱羧酶基因的克隆表达及功能鉴定

赖氨酸脱羧酶是石杉碱甲等石松生物碱上游生物合成步骤中催化赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺(尸胺)的关键酶。通过对蛇足石杉(Huperzia serrata)转录组数据的挖掘分析,并结合RT-PCR技术从蛇足石杉中成功克隆出3个赖氨酸脱羧酶基因(HsLDC-L1、HsLDC-L2、HsLDC-L3);利用在线生物信息学分析软件以及DNAMAN、MEGA 7.0等对上述3个基因编码蛋白的性质、二级和三级结构、序列同源性、进化关系等进行了预测分析,发现3个基因编码蛋白均具有植物赖氨酸脱羧酶的保守结构域和活性位点,且与文献报道的产石杉碱甲植物中的赖氨酸脱羧酶具有较近的亲缘关系。进一步尝试利用不同载体在大肠杆菌中对上述3个基因进行表达,结果仅HsLDC-L1与载体pCold TF构建的重组质粒在大肠杆菌E.coli BL21(DE3)中成功实现可溶性表达,利用Ni^(2+)亲和色谱柱分离纯化得到重组蛋白HsLDC-L1;HsLDC-L1全长由469个氨基酸组成,理论分子质量为50.50 kDa。体外酶活性分析证明HsLDC-L1可以催化赖氨酸脱羧生成尸胺。底物适应性实验发现HsLDC-L1还可以催化鸟氨酸脱羧生成腐胺,但不能催化酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸脱羧。上述结果为进一步研究包括石杉碱甲在内的石松类生物碱的生物合成提供参考,为利用合成生物学策略构建产Δ^(1)-哌啶、石榴碱等石松类生物碱生物合成关键前体的工程菌提供重要的基因元件。