刺五加β-香树脂醇合酶基因的挖掘及功能验证

目的 刺五加三萜皂苷是我国传统中药刺五加的主要活性成分之一,具有抗炎、抗癌、抗疲劳、抗氧化等多种功效。但由于刺五加自然资源缺乏,难以满足对三萜皂苷的需求,急需寻求可持续资源利用新模式。目前,生物合成已成为植物次生代谢物积累的重要途径,为此,探寻出刺五加三萜皂苷的生物合成途径具有重要意义。方法 本文通过同源搜索和系统发育分析,预测并克隆了刺五加三萜皂苷合成途径中关键基因EsOSC5,并通过农杆菌介导的烟草瞬时表达实验,获得代谢产物;利用GC-MS检测其次生代谢产物并确定EsOSC5基因功能。结果 挖掘并克隆出片段大小为2286 bp的EsOSC5基因;EsOSC5基因转化烟草的瞬时表达实验及GC-MS次生代谢产物检测数据表明,β-香树脂醇为该基因的代谢产物。结论EsOSC5基因可促进刺五加β-香树脂醇(三萜皂苷前体)的合成积累,该基因为刺五加β-香树脂醇合酶基因。

北柴胡β-香树脂醇合酶基因家族成员鉴定及功能验证

目的从转录组层面对北柴胡Bupleurum chinenseβ-香树脂醇合酶(β-amyrin synthase,β-AS)基因家族成员进行鉴定,并对其表达及功能进行分析验证,以期为解析柴胡皂苷的合成和调控提供基础。方法基于全长转录组数据挖掘北柴胡β-AS基因家族成员(BcBASs),利用在线软件对各基因进行生物信息学分析,利用大肠杆菌和烟草验证关键基因的功能。结果从北柴胡转录组数据中挖掘到不冗余的β-AS基因6个,可分为3个亚家族,它们都具有典型保守区域DCTAE、MWCYCR和QW。进化分析表明,BcBAS1、BcBAS2、BcBAS4、BcBAS5、BcBAS6可能为单功能β-AS基因,BcBAS3可能为多功能β-AS基因,表达分析表明各基因在根和叶中的表达模式有差异。在大肠杆菌中成功表达了BcBAS1可溶性重组蛋白,相对分子质量约87000,烟草瞬时表达表明BcBAS1编码蛋白具有β-AS功能,能促进β-香树脂醇的积累。结论对北柴胡中6个不冗余的β-AS基因家族成员进行了鉴定和生物信息学分析,获得了Bc BAS1可溶性重组蛋白,在烟草中验证了BcBAS1为有功能的β-AS,为柴胡皂苷合成调控机制和生物合成研究奠定了基础。

川续断β-香树脂醇合酶的基因克隆及生物信息学分析

续断是我国常用中药材之一,药用历史悠久,具有补肝肾、强筋骨、续折伤等功效。三萜皂苷类化合物是川续断科植物川续断的主要药效成分。β-香树脂醇合酶(β-AS)属于氧化角鲨烯环化酶(OSCs)超家族,在生物合成途径中具有催化齐墩果烷型三萜皂苷骨架形成的功能。目前有关川续断β-香树脂醇合酶的研究较少,其催化机制仍待探究。为进一步挖掘与丰富该类酶的信息,该研究通过对转录组测序结果进行分析,从川续断中克隆得到1个β-香树脂醇合酶基因DaWβ-AS,并构建至大肠杆菌载体中实现蛋白表达;并采用实时荧光定量PCR技术分析其在川续断4个不同组织中的相对表达量,结果显示DaWβ-AS基因在叶中的相对表达量最高。生物信息学分析表明,DaWβ-AS蛋白含有PLN03012保守结构域,属于cl31551超家族,无跨膜区且不含信号肽。通过对川续断β-AS的克隆、表达及生物信息学分析,为川续断三萜皂苷生物途径解析提供了科学依据,有助于推动后期川续断三萜皂苷的定向生物合成,并为高质量川续断资源培育与开发提供相关参考。

绞股蓝β-香树脂醇合酶基因的克隆和序列分析

为克隆绞股蓝的β-香树脂醇合酶基因(β-amyrin synthase,bAS),探讨绞股蓝bAS的性质特征及其与绞股蓝三萜生物合成及调控的可能关系。本研究根据绞股蓝转录组测序的结果设计合成bAS全长扩增引物,采用RT-PCR技术扩增绞股蓝bAS的开放阅读框架(open reading frame,ORF)全长序列并连接克隆载体进行测序,利用ExPASy等在线工具及MEGA-X软件对测序结果做相应的生物信息分析。测序结果显示绞股蓝bAS的cDNA的ORF全长共2 283 bp,编码760个氨基酸。该序列信息已提交GenBank,登录号为GM251742。对绞股蓝bAS的氨基酸序列进行了性质与结构预测和系统发育分析。bAS的全长cDNA序列的成功克隆,为绞股蓝bAS基因结构与功能研究提供了基础,并可为研究绞股蓝三萜合成通路的调节方式提供新的认识。

PjFPS和Pjβ-AS双基因协同作用对珠子参皂苷生物合成的影响

法尼基焦磷酸合酶(PjFPS)和β-香树脂醇合酶(Pjβ-AS)是珠子参皂苷(Panax japonicus saponins,PJS)生物合成途径中可能的关键酶。通过在珠子参(P.japonicus)细胞中同时过表达PjFPS和Pjβ-AS基因,探讨PjFPS和Pjβ-AS对PJS生物合成的协同作用。结果表明,PjFPS和Pjβ-AS是PJS生物合成途径中的关键酶基因,对珠子参皂苷的生物合成具有调节作用。过表达PjFPS和Pjβ-AS的细胞系中,PJS合成途径相关的多个关键酶基因的表达水平有不同程度的提高,且PJS的含量最高为普通细胞系的2.4倍。虽然单独过表达PjFPS也可增加PJS的合成,但双基因(PjFPS和Pjβ-AS)协同调控PJS合成的效果更好。