植物三萜皂苷代谢中达玛烷合成酶和β-香树脂合成酶的生物信息学分析

搜集4种植物的10条达玛烷合成酶及22种植物的30条β-香树脂合成酶,利用生物信息学工具对这2种三萜皂苷代谢关键酶的理化性质、蛋白特性及进化亲缘关系等进行分析。理化性质分析显示,这2种酶的氨基酸序列在氨基酸数目、组成、分子量、理论pI和脂肪指数等方面均表现出较强的一致性;同时,这2种酶的糖基化位点具有高度的保守性,并且大豆(2)、绿玉树、木榄这3条β-香树脂合成酶序列有极大的可能性有糖基化位点;信号肽预测分析表明,这2种酶没有明确的信号肽;α-螺旋和无规则卷曲是多肽链中主要存在的二级结构元件;系统进化树显示序列间差异较小,并且聚类结果与序列的科属特性相一致。不同植物的达玛烷合成酶和β-香树脂合成酶蛋白特性差别不大,进化距离也比较近,说明这2种酶具有较高的保守性和稳定性。这有助于理解达玛烷合成酶和β-香树脂合成酶的保守结构域及进化变异,为研究这2种酶的酶学特征及三萜皂苷代谢提供帮助。

西洋参β-香树脂合成酶基因的克隆和生物信息学分析

目的克隆西洋参三萜皂苷生物合成途径关键酶β-香树脂合成酶(bAS)全长cDNA,为研究西洋参皂苷生物合成与次生代谢调控奠定基础。方法采用大规模ESTs测序和cDNA末端扩增(RACE)技术克隆西洋参bAS基因。结果获得了西洋参bAS基因全长cDNA,命名为PqbAS(GenBank注册号:JX185490),其核苷酸序列长度为2 309 bp,含有1个开放阅读框,编码631个氨基酸多肽。保守结构域搜索显示PqbAS含有环氧角鲨烯环化酶(OSCs)共有的活性位点和保守基序。Singal P4.0分析表明PqbAS属于非分泌型蛋白,Tmhmm 2.0分析表明其为非跨膜蛋白。实时荧光定量PCR显示PqbAS基因在各个器官中均有表达,在花和幼茎中高表达,根和叶中表达量相对较低。结论首次克隆了PqbAS基因全长序列,为研究其表达特性以及在三萜皂苷生物合成中的功能奠定了基础。

甘草鲨烯合酶1基因多态性及其与β-香树脂醇合成酶共表达对β-香树脂醇积累的影响研究(英文)

甘草是我国最常用的大宗药材之一。甘草中最主要的活性成分为甘草酸,其生物合成途径受到很多酶的调节。鲨烯合酶(squalene synthase,SQS)及β-香树脂醇合成酶(β-amyrin synthase,β-AS)是其中的两种关键酶。为了揭示鲨烯合酶基因多态性及其与β-香树脂醇合成酶共表达对MVA代谢途径的影响,本文构建了7种载体,分别含有3种不同的SQS1基因和β-AS基因,将其在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中表达,通过TLC及GC-MS检测代谢产物β-香树脂醇的含量。结果显示SQS1基因与β-AS基因共表达有助于代谢产物β-香树脂醇的积累,在3种不同的SQS1基因中,以SQS12为最好。本文为进一步研究功能基因对甘草酸代谢途径的影响以及提高甘草酸的含量奠定了理论基础。

基于β-香树脂醇合成酶基因SNP的甘草道地性机制研究

本文采用PCR-SSCP和测序组合技术检测了6个产地甘草的β-香树脂醇合成酶(β-AS)基因的SNP,并进行了SNP和产地的相关性分析,探索甘草道地性形成的分子机制。结果显示,甘草β-AS基因第一外显子存在1处SNP,可将甘草划分为94A型、94G型和94A/G型3种基因型,其中94A型在道地产区所占比例要远远高于非道地产区,达到极显著差异(P<0.001)。本文研究证明,甘草β-AS基因94位点的SNP可能是导致甘草道地性形成的机制之一。

甘草过表达HMGR、SQS1、β-AS基因再生植株的诱导

目的:诱导过表达3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶(HMGR)、鲨烯合成酶1(SQS1)和β-香树脂醇合成酶(β-AS)基因的甘草再生植株。方法:以植物双元表达载体pCAMBIA1305.1为载体骨架,HMGR、SQS1、β-AS基因为目的基因,利用基因重组试剂盒eFusion CloningKit分别构建含有3个外源基因的重组载体,并将其转入根癌农杆菌EHA105,采用根癌农杆菌介导法将目的基因转入甘草外植体。结果与结论:获得了过表达HMGR、SQS1和β-AS基因的甘草愈伤组织及试管苗,为进一步研究这3个功能基因过表达对甘草酸合成的影响奠定了基础。

甘草不同功能基因拷贝数多态性组合类型与叶片形态及甘草酸含量的相关性分析

目的:探讨甘草功能基因拷贝数多态性(CNV)与叶片形态特征及甘草酸含量的相关性,为筛选高品质甘草奠定基础。方法:以来自7个产地的60株甘草为实验材料,采用实时PCR对甘草中的3-羟基-3-甲基戊二酰Co A还原酶(HMGR)基因、鲨稀合成酶1(SQS1)基因和β-香树脂醇合成酶(β-AS)基因进行拷贝数测定,采用HPLC测定甘草酸含量,并考察不同功能基因CNV组合类型甘草叶片的形态特征。结果:根据实时PCR测定结果,按照3个功能基因的拷贝数,将甘草分为6种类型,即A型(β-AS+HMGR+SQS1=1+1+1)、B型(1+2+1)、C型(2+1+1)、D型(2+1+2)、E型(2+2+1)和F型(2+2+2);不同类型甘草在叶片形态特征方面存在显著性差异,A型与D型叶片的整体面积较小,而B型与E型叶片的整体面积则较大;HPLC测定结果显示B型甘草的甘草酸平均含量最高,E型甘草的甘草酸含量较高,而A型和D型的甘草酸含量则较低。结论:甘草中功能基因CNV组合类型与甘草叶片的形态特征及甘草酸含量之间存在明确的相关性,β-AS基因与SQS1基因单拷贝、HMGR基因双拷贝的甘草植株,其叶片具有最大的面积,同时其甘草酸含量最高。本研究结果可为优质甘草筛选奠定基础。

药用植物功能基因的研究思路与展望——以甘草为例

近些年来有关功能基因的研究已成为药用植物研究领域的热点,研究内容涉及基因克隆、功能鉴定、多态性分析、表达模式分析以及功能基因与代谢途径的相关性分析等诸多方面。甘草是我国最常用的大宗药材之一,其主要活性成分为甘草酸,具有多种药理功能,在国内外市场上应用广泛。本文以甘草为例,对甘草酸代谢途径中已报道的功能基因进行调查研究,在基因克隆、基因功能、基因多态性等方面进行分析,以期为揭示甘草酸合成代谢的分子机制奠定基础,并为其他药用植物功能基因的研究提供思路。