基于转录组测序的苦瓜皂苷合成相关基因的鉴定和分析

【目的】皂苷是苦瓜果实苦味的主要来源,具有降血糖、抗癌等多种药用价值。鉴定和挖掘参与调控苦瓜皂苷生物合成的代谢通路及基因,为进一步深入解析苦瓜皂苷形成的分子机制提供参考。【方法】以苦瓜高代自交系GK24为试验材料,分别在子房期(T1)、幼果期(T2)、商品果期(T3)和完全成熟期(T4)取果实组织,通过香草醛-冰醋酸法测定不同时期的苦瓜皂苷含量,利用转录组测序的方法鉴定差异表达基因。【结果】从T1到T4,苦瓜内源皂苷含量随着果实发育而呈现显著下降的趋势。转录组测序共鉴定到17 504个基因,在T1-vs-T2、T2-vs-T3和T3-vs-T4三组比较中,下调表达基因数量均高于上调表达基因数量。GO富集分析表明含磷复合物代谢过程、驱动蛋白复合体和2-琥珀酰-6-羟基-环己二烯-1-羧酸合成酶活性分别是生物过程、细胞组分及分子功能模块最显著富集的条目。KEGG分析显示全局与概述图谱、碳水化合物代谢和氨基酸代谢是3组比较中共同的最显著富集的代谢通路。根据表达模式可将基因划分为20个模块,其中profile 0中基因的表达量从T1到T4逐渐降低,与苦瓜果实发育过程中皂苷含量变化规律一致。从profile 0中鉴定出与苦瓜皂苷生物合成相关的基因14个,包括萜类骨架生物合成通路上的基因AAT1、HMG1、MVK、PMK、MVD2和FPS1,倍半萜与三萜生物合成途径中的基因SS12、SQE1和CPQ及后修饰酶基因CYP97A3、CYP71AN24、UGT94E5及UGT73C6。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果与RNA-seq结果一致。【结论】苦瓜果实中皂苷含量随着果实不断成熟而逐渐降低。苦瓜皂苷生物合成首先通过上游的萜类骨架生物合成(ko00900)代谢途径完成萜类皂苷骨架的积累,随后通过倍半萜与三萜生物合成(ko00909)代谢途径以及下游的氧化还原酶、糖基转移酶的修饰最终生成皂苷,本研究通过转录组测序共鉴定到14个与苦瓜皂苷生物合成相关的基因。

人参植物与皂苷生物合成相关的差减cDNA文库构建及基因差异表达分析

应用抑制差减杂交技术,分别以源于4年和1年生人参根组织cDNA群体作为检测子(tester)与驱赶子(driver),成功构建了与人参植物皂苷生物合成相关的差减cDNA文库,并对从中筛选的阳性cDNA克隆进行DNA测序及其序列分析、PCR及Northern印迹杂交鉴定.结果显示,获得的13个克隆为新基因序列.其中6个差减克隆系人参植物根生长发育阶段差异表达基因.目前,6个差异表达新基因的结构与功能仍在进一步研究中.

人参植物高质量RNA的分离及其皂苷生物合成相关新基因GBR6的表达分析

为从富含多糖的人参植物组织中分离出高质量的RNA,使用改进的两种异硫氰酸胍法,可从人参植物根组织中提取到较高产量和质量的总RNA。每克新鲜组织的RNA产量在80～110μg之间;经琼脂糖凝胶电泳分析,可见到28S和18SrRNA两条完整、清晰的条带;紫外分光光度法测得的A_(260)/A_(280)比值位于1.8～2.0。而且,使用该改良法分离的RNA,可广泛用于检测基因表达的RT-PCR与Northern印迹杂交分析以及cDNA文库构建等植物分子生物学研究。

人参皂苷生物合成相关新基因GBR6的cDNA克隆及序列分析

从人参根组织中分离总RNA,使用RT-PCR扩增出人参皂苷生物合成相关基因GBR6开放阅读框(ORF)cDNA片断,并将其定向克隆入原核高效表达载体pQE30,阳性克隆经BamHⅠ和PstⅠ双酶切鉴定、测序验证与已知的GBR6ORF序列完全一致.因而成功构建了pQE30-GBR6ORF融合原核表达载体,为下一步进行GBR6功能表达分析奠定了基础.

人参皂苷生物合成的相关酶及其基因的研究进展

人参皂苷生物合成主要通过2,3-氧化鲨烯的环化作用、羟基化作用、苷化作用,经类异戊二烯途径被合成。异戊烯二磷酸经牻牛基二磷酸酶、鲨烯合成酶、鲨烯环氧酶催化作用形成2,3-氧化鲨烯,再经氧化鲨烯环化酶作用形成各种类型的三萜类化合物,三萜类又在细胞色素P450和糖基转移酶作用下形成各种类型的人参皂苷。本文重点介绍人参皂苷生物合成的相关酶及其基因,为进一步深入研究奠定了基础。

岗梅转录组及其乌索烷型三萜皂苷生物合成相关酶基因的发掘

目的:发掘与岗梅乌索烷型三萜皂苷生物合成相关的酶基因。方法:利用Illumina测序平台对岗梅根进行转录组测序,通过基因注释、同源分析、系统发生分析等生物信息学手段,发掘可能参与合成的单基因簇(Unigenes)。结果:在岗梅根转录组中发现了272条与萜类生物合成相关的Unigenes。这其中包括72条可能参与萜类生物合成上游途径的Unigenes,以及26条可能与三萜合成途径下游母核合成、氧化和糖基化相关的Unigenes。对其中部分Unigenes进行系统发生分析,进一步揭示了这些Unigenes与同源基因间的进化关系。利用酵母表达系统,鉴定了两个香树酯醇合酶IaAS1和IaAS2,其中IaAS1为少数以α-香树脂醇为主要产物的香树酯醇合酶之一。结论:本文从岗梅根转录组数据库中发掘到一系列可能与岗梅乌索烷型三萜皂苷生物合成相关的酶基因。对这些基因的进一步研究,有助于从分子水平揭示岗梅中乌索烷型三萜皂苷的生物合成途径。

利用生物芯片技术检测人参皂苷Rg1对小鼠树突状细胞功能调控相关基因表达的影响

目的:利用基因芯片技术检测人参皂苷Rg1对小鼠骨髓来源DC细胞功能调控相关基因表达的影响。方法:分离C57小鼠骨髓细胞,经GM-CSF、IL-4体外诱导培养6天的未成熟DC细胞(iDC)经不同因素处理并分为:对照组(Ⅰ)、人参皂苷Rg1组(Ⅱ)、内毒素(LPS)组(Ⅲ)、Rg1+LPS组(Ⅳ),24小时后收集各组细胞,抽提总RNA,利用树突状和抗原呈递细胞基因芯片对细胞功能相关基因进行检测。结果:(Ⅱ/Ⅰ)上调≥2倍基因23个,下调≥2倍基因45个;(Ⅲ/Ⅰ)上调≥2倍基因15个,下调≥2倍基因47个;(Ⅳ/Ⅱ)上调≥2倍基因35个,下调≥2倍基因15个;(Ⅳ/Ⅲ)上调≥2倍基因37个,下调≥2基因10个。这些基因功能主要涉及细胞因子分泌及其受体表达、抗原摄取、抗原提呈、细胞表面受体、信号传导。结论:人参皂苷Rg1对DC作用涉及多个基因的表达调控,这些基因控制并影响着DC功能、分化和成熟,为进一步寻找药物靶点提供了线索。

脱乙酰壳多糖处理增加人参细胞皂苷的累积和皂苷合成关键酶基因的转录

脱乙酰壳多糖处理可以诱导人参细胞产生H2 O2 ,增加人参皂苷的累积 ,提高鲨烯合酶 (squalenesynthase,GSS)与鲨烯环氧酶 (squaleneepoxidase,GSE)基因的转录水平。质膜NADPH氧化酶的抑制剂DPI,H2 O2 的淬灭剂DMTU与DHC可以抑制脱乙酰壳多糖的这些效应 ,暗示脱乙酰壳多糖可以活化质膜NADPH氧化酶而产生H2 O2 ,H2 O2 进而作为第二信使诱导gss与gse基因转录以及皂苷的合成。质膜钙通道抑制剂LaCl3与内质网钙通道抑制剂RR ,以及蛋白激酶抑制剂K2 5 2a都能削弱脱乙酰壳多糖促进皂苷积累和gss、gse转录的效应 ,说明胞内Ca2 + 浓度的升高与蛋白质磷酸化都参与了脱乙酰壳多糖诱导的gss。

石柱参人参皂苷合成酶基因的克隆及表达量测定

以人参为对照组,采用HPLC法测定5a生石柱参样品中6种人参皂苷(Rb1、Rb2、Rc、Re、Rg1、Rg2)的质量分数,采用实时荧光定量PCR技术对不同生长期人参皂苷合成酶基因(SS、CYP82D47、CYP716A42)的表达量进行比较,以探究石柱参人参皂苷质量分数较低的原因;并对石柱参CYP82D47基因进行克隆、测序及生物信息学分析,获得石柱参系统发育树。结果表明:石柱参人参皂苷合成酶基因的表达量在根、茎、叶组织中具有高度相似性,却也具有高度组织差异性,比如SS基因在石柱参根、叶中表达活跃,在茎中表达量有限;CYP82D47基因在石柱参中的表达部位主要是茎、叶组织;而CYP82D47基因在在根、茎、叶组织中表达较活跃,尤其是根、叶中;此外,人参皂苷合成酶基因CYP82D47的表达量相对较低是造成石柱参人参皂苷质量分数较低的原因之一;由系统进化树可见,石柱参与竹节参、西洋参、三七及刺五加的亲缘关系较近,结果与物种进化程度相符合。

干扰环阿乔醇合成酶基因的表达对人参皂苷含量的影响

通过RNA干扰技术(RNA interference,RNAi)调控人参发根中环阿乔醇合成酶(CS)的表达,实现了在分子水平上对人参皂苷合成途径进行调控,并获得了人参总皂苷含量提高82.17%的可遗传人参发根系。同时,证明了RNAi可成功调控植物次生代谢产物。

人参皂苷生物合成及调控功能基因研究进展(1)

三萜类化合物是重要的药用活性成分,其生物合成相关功能基因研究是调控这些化学成分生物合成和积累的重要理论依据。人参是重要的经济植物,具有很高的药用价值。开展人参功能基因研究有利于进一步探究人参生长发育、代谢调控的生理生化过程。本文总结了近年来人参皂苷生物合成相关功能基因的研究成果,并对三萜类化合物生物合成相关功能基因的研究方法进行了总结,对人参皂苷生物合成相关功能基因研究方法进行了展望。

模拟失重对钙调蛋白基因表达与人参皂苷合成的影响

在利用回转器模拟失重的生物学效应试验中对人参细胞的钙调蛋白(CaM)基因表达与人参皂苷合成展开研究。结果显示回转处理不仅在初始阶段可以诱导CaM基因表达的提高,而且在处理人参细胞的18h之内,CaM基因表达还呈现波动性变化。说明了Ca^(2+)依赖信号转导系统在转导重力变化刺激信号过程中的复杂性,回转处理还可以诱导人参皂苷的合成与人参皂苷合成相关基因鲨烯合酶基因(squalene synthase gene,sqs)与鲨烯环氧酶基因(squalene epoxidase gene,sqe)的表达,Ca^(2+)鳌合剂EGTA、质膜钙通道抑制剂LaCl_3与细胞内膜钙通道抑制剂钌红(rutheniumred,RR)都可以抑制回转诱导的CaM基因、sqs与sqe的表达,以及提高人参皂苷的合成。这种相关性说明胞外Ca^(2+)的内流与胞内钙库的Ca^(2+)向外流入胞质中,对于回转诱导人参细胞内皂苷含量的升高都是必须的,CaM可能介导了回转诱导人参皂苷合成的模拟失重效应。CaM拮抗剂氯丙嗪(CPZ)与N-(6-aminohexy1)-5-chloro-1-naphthalenesulfonamide(W_7)可以抑制回转诱导的人参皂苷合成,sqs与sqe的表达也显示了CaM的介导作用。

人参皂苷对K562细胞增殖与分化相关基因表达的影响

目的探讨人参皂苷影响K562细胞增殖、分化的可能分子机制。方法采用real-time PCR技术和SYBR Green染料法检测人参皂苷(20μg/mL)作用于K562细胞36 h时间点Lif、Ccnd1、Mdm2、Erbb2、p53和myc等6个基因mRNA相对表达水平。结果人参皂苷能显著促进K562细胞Lif mRNA的表达(P<0.05),对myc mRNA表达有显著抑制作用(P<0.05),对Mdm2、Erbb2和Ccnd1等mRNA表达无显著影响。结论人参皂苷对K562细胞的诱导分化和增殖抑制作用可能分别与Lif mRNA表达上调和mycmRNA表达下调相关。

人参皂苷生物合成及调控功能基因研究进展(2)

三萜类化合物是重要的药用活性成分,其生物合成相关功能基因研究是调控这些化学成分生物合成和积累的重要理论依据。人参是重要的经济植物,具有很高的药用价值。开展人参功能基因研究有利于进一步探究人参生长发育、代谢调控的生理生化过程。本文总结了近年来人参皂苷生物合成相关功能基因的研究成果,并对三萜类化合物生物合成相关功能基因的研究方法进行了总结,对人参皂苷生物合成相关功能基因研究方法进行了展望。

人参皂苷CK活性及生物转化合成研究进展

人参皂苷CK(Compound K)属于稀有人参皂苷,是由天然二醇型人参皂苷经肠道微生物转化得到的主要代谢产物,在天然人参药材中几乎是不存在的,其具有独特的化学结构和药理活性,在抗癌、抗炎、抗糖尿病、调节神经系统、抗血管生成、抗衰老等方面表现出高度的安全性和多样性生物学。人参皂苷CK在人体内吸收度高,但生产技术和成本高,采用高效生物转化方法合成人参皂苷CK,将进一步提高其在药物研发领域的应用价值,扩大人参皂苷CK在药物和大健康领域的应用。本文综述了人参皂苷CK药理学活性及生物转化合成研究的研究进展,以期为人参皂苷CK的生产和应用提供参考。

石柱参人参皂苷合成酶基因SS的克隆与序列分析

以石柱参近缘种野生山参的人参皂苷合成酶基因SS为模板,利用NCBI中的primer-BLAST设计特异性引物,应用PCR技术从石柱参叶片基因组DNA克隆了SS基因。序列分析显示,克隆的基因片段为1285 bp,能够编码25个氨基酸以上的ORF(Open Reading Frame)有10个,其中最长能够编码295个氨基酸。NCBI序列对比显示,该基因与人参的人参皂苷合成酶基因SS的同源性为97.05%,与西洋参的人参皂苷合成酶基因SS的同源性为96.63%。这些数据表明,从石柱参克隆的基因为其人参皂苷合成酶基因SS。

人参叶片中人参皂苷含量、关键酶基因表达和生态因子的相关性分析

【目的】明确人参皂苷生物合成的生理生态机制,揭示生态因子和遗传因素与药材质量的关系。【方法】以4年生不同生长时期的人参叶为试验材料,用HPLC法测定人参叶中8种单体人参皂苷(Rg_1、Re、Rf、Rb_1、Rb_2、Rb_3、Rc和Rd)含量;实时荧光定量PCR法测定7个参与人参皂苷合成的关键酶基因(HMGR、FPS、SS、SE、DS、β-AS和CYP716A47)的表达量;通过相关性和灰色关联度分析生态因子和人参皂苷合成关键酶表达对人参叶中皂苷合成和积累的影响。【结果】7月13日—9月29日人参皂苷合成关键酶基因表达活跃,各个关键酶之间有协同增减的趋势;人参叶中单体皂苷含量最高的是Re和Rg_1,在果后参根生长期(8月31日—9月13日)分别达到最大值60.30和39.38 mg·g^(-1);温度、光合有效辐射、土壤水势、相对湿度与叶中人参皂苷含量显著相关(P<0.05);人参叶中HMGR基因的表达与Rb_2含量显著负相关(P<0.05),SS基因的表达与Rg_1、Re含量显著负相关(P<0.05),β-AS基因的表达分别与Rc、Rb_2含量呈显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)负相关;温度、光合有效辐射、土壤水势和相对湿度与人参皂苷含量灰色关联度较高,达到0.727 9~0.871 1。【结论】在生态因子调控下,人参皂苷合成关键酶基因的表达影响人参皂苷的合成与积累。

人参皂苷Rb1对C2C12骨骼肌细胞葡萄糖利用及AMPK信号通路相关基因表达的影响

目的:观察人参皂苷Rb1对胰岛素抵抗(IR)的C2C12骨骼肌细胞葡萄糖利用的影响,并基于AMPK信号通路探讨其可能的作用机制。方法:将C2C12细胞分为正常组、模型组、人参皂苷Rb1组,模型组以0. 25 mmol/L棕榈酸,1%小牛血清白蛋白培养16 h诱导IR,人参皂苷Rb1组在模型组的基础上以1、3、10、30、100μmol/L浓度的人参皂苷Rb1分别干预24 h和48 h,通过检测培养液中的葡萄糖含量反映葡萄糖消耗量,并应用CCK8试剂盒及光镜观察不同浓度人参皂苷Rb1对C2C12细胞活性及形态的影响,实时荧光定量PCR扩增分析人参皂苷Rb1对C2C12细胞AMPKα、SIRT-1、PGC-1α基因表达的影响。并应用shRNA沉默AMPKα的表达,构建AMPKα低表达的骨骼肌细胞模型,以1、3、10、30、100μmol/L浓度的人参皂苷Rb1分别干预24 h和48 h,与不含人参皂苷Rb1的培养液比较,再次验证人参皂苷Rb1对C2C12细胞葡萄糖利用的影响及其与AMPK信号通路的关系。结果:1、3、10、30μmol/L人参皂苷Rb1对C2C12细胞形态及活性无显著影响,而100μmol/L人参皂苷Rb1造成C2C12细胞活性降低及部分细胞死亡。10,30μmol/L人参皂苷Rb1能够促进IR的C2C12骨骼肌细胞葡萄糖消耗量,与模型组比较,差异有统计学意义(P <0. 05),且人参皂苷Rb1能够上调C2C12细胞AMPKα、SIRT-1、PGC-1α的基因表达(P <0. 05)。10、30μmol/L人参皂苷Rb1亦能增加AMPKα低表达的骨骼肌细胞的葡萄糖消耗量(P <0. 05),而该作用程度低于其对棕榈酸诱导的C2C12细胞IR的影响,且RT-PCR结果显示人参皂苷Rb1能上调AMPKα低表达的C2C12细胞SIRT-1、PGC-1α的基因表达。结论:人参皂苷Rb1能够有效促进IR的C2C12骨骼肌细胞葡萄糖消耗,该作用与调节AMPK信号通路有关,但除AMPK信号通路亦有其他作用途径。

人参皂苷Rg3对骨质疏松大鼠骨代谢及肠钙吸收功能的影响

目的:探究人参皂苷Rg3对骨质疏松(osteoporosis,OP)大鼠骨代谢及肠钙吸收功能的影响。方法:60只SPF级雌性Wistar大鼠,按照随机数字法分为空白组、模型组、阳性组、实验组,每组大鼠各15只。除空白组外,其他大鼠均采用去势(OVX法)法制备OP大鼠模型。造模成功后,空白组及模型组生理盐水灌胃[10 mL/(kg·d)],阳性组给予阿仑膦酸钠维D3灌服(每周6.25 mg/kg),实验组给予人参皂苷Rg3[80 mg/(kg·d)]灌胃治疗,连续干预治疗12周。检测各组股骨、胫骨骨密度变化,酶联免疫法检测大鼠血清中骨保护素(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG)、Ⅰ型前胶原氨基末端肽(procollagen typeⅠNterminal propeptide,PINP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,TRACP)、I型胶原交联C-末端肽(TypeⅠcollagen carboxy-terminal peptide,CTX-I)含量变化;原位末端标记法(TdT-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)法分析各组肠黏膜组织细胞凋亡情况;Masson法分析各组肠黏膜组织纤维病理改变;免疫组化法检测各组肠黏膜组织中维生素D膜相关快速反应结合蛋白(membrane-associated rapid response steroid-binding,1,25-D3-MARRS)蛋白表达;蛋白免疫印迹法及RT-PCR法检测各组Jagged1、Notch1、Hes1蛋白及mRNA表达水平。结果:大鼠造模后股骨、胫骨骨密度明显下降,血清中OPG、PINP、TRACP及CTX-I含量明显变化(P<0.05);肠黏膜组织病理发生明显改变,组织纤维化增强,细胞凋亡程度增加;肠黏膜组织1,25-D3-MARRS蛋白表达降低(P<0.05)。治疗后与模型组对比,阳性组及实验组大鼠股骨、胫骨骨密度明显升高,血清中OPG、PINP、TRACP及CTX-I含量明显改善(P<0.05);肠黏膜组织病理发生明显改善,纤维化降低,细胞凋亡程度降低;肠黏膜组织中Jagged1、Notch1、Hes1蛋白及mRNA表达明显改善(P<0.05)。结论:人参皂苷Rg3能够提高OP大鼠骨密度,减轻肠黏膜组织细胞凋亡及组织纤维化,增加肠黏膜1,25D3-MARRS蛋白表达,改善肠道钙吸收。