棉花咖啡酸-O-甲基转移酶基因的克隆及特征分析

【目的】克隆棉花木质素合成关键酶基因GhCOMT1、GhCOMT2和GhCOMT3全长cDNA序列,分析其在不同组织部位的表达情况并进行原核表达研究。【方法】根据棉花纤维特异表达cDNA文库分析得到的EST序列设计引物,采用RT-PCR技术克隆基因,用生物信息学方法对获得的cDNA序列及推定的氨基酸序列进行分析。采用半定量RT-PCR方法研究GhCOMT1、GhCOMT2和GhCOMT3在不同组织中的表达。构建了基因的原核表达载体,经酶切鉴定后转化到大肠杆菌BL21(DE3)中并诱导表达。【结果】从发育的棉花纤维中克隆了3个COMT基因cDNAs,GhCOMT1(GenBank登录号为FJ479708)、GhCOMT2(GenBank登录号为FJ479709)和GhCOMT3(GenBank登录号为FJ848869)分别具有1101bp、1098bp、1071bp的开放阅读框,各自编码366、365和356个氨基酸。GhCOMT1、GhCOMT2和GhCOMT3在棉花各个组织中都有表达,GhCOMT1和GhCOMT2在根部的表达量最高,GhCOMT3在茎中表达量最高。SDS-PAGE电泳分析表明,3个蛋白的最佳诱导表达条件均为0.2mmol·L-1IPTG在37℃下诱导6h。【结论】从棉花中克隆了3个木质素合成关键酶基因GhCOMT1、GhCOMT2和GhCOMT3,为进一步的生物学功能研究及其应用奠定了基础。

日本落叶松咖啡酸-O-甲基转移酶基因LkCOMT的克隆及单核苷酸多态性分析

依据日本落叶松转录组数据库检测到的咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT）基因ESTs序列设计引物，分离得到一个编码该酶的新基因。其cDNA克隆全长为1350bp，包含长度为1092bp的开放阅读框，可编码364个氨基酸残基。序列分析显示，所推导的蛋白质氨基酸序列包含COMT基因5个所特有的保守元件，与海岸松PpCOMT的蛋白质氨基酸序列同源性达94％。在此基础上，利用DnaSP5．0软件对日本落叶松加株基因型个体的LkCOMT序列进行了单核苷酸多样性SNPs分析，共检测到92个SNP位点，SNP发生频率为1／17bp，多样性指数1T，为0．00780。在这些SNPs中，65个属于转换，27个属于颠换。在外显子区域，共检测到58个SNP位点，其中37个为错义突变，21个为同义突变。研究结果为Et本落叶松基因标记辅助育种提供了理论基础。

丹参咖啡酸-O-甲基转移酶基因(SmCOMT1)的克隆及其分析

依据丹参转录组数据库得到的咖啡酸-O-甲基转移酶基因序列设计特异性引物,采用RT-PCR方法从丹参分离得到一个新的COMT基因,命名为SmCOMT1(GenBank注册号为JF693491)。该基因cDNA全长1 158 bp,包含一个长为1 095 bp的开放阅读框,编码364个氨基酸。SmCOMT1 gDNA序列长2 275 bp,包含4个外显子和3个内含子。序列分析结果表明,SmCOMT1编码的多肽具有COMT的序列保守元件,与同科植物罗勒COMT编码的多肽高度同源,同源性达到89%。系统进化树分析表明,SmCOMT1与双子叶植物的COMT亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明,SmCOMT1基因在丹参不同组织器官中差异表达,其中茎中的表达量最高,并且其表达受茉莉酸甲酯和病原菌的诱导,显示SmCOMT1基因可能在植物防御反应中发挥作用。

木质素生物合成关键酶咖啡酸-O-甲基转移酶基因(COMT)的研究进展

木质素是植物苯丙烷代谢途径的重要产物之一,其生物合成涉及到许多酶的参与。其中咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase,COMT)是木质素特异途径中的一个关键酶,可催化咖啡酸、5-羟基松柏醛和5-羟基松柏醇甲基化分别生成阿魏酸、芥子醛和芥子醇,参与S-木质素的合成。本文主要对COMT基因的特征、COMT在木质素生物合成中的作用及COMT基因对植物木质素合成调控的研究现状进行了综述,并对COMT基因的研究方法和在生产中的应用作了展望。

绿竹咖啡酸-O-甲基转移酶基因(COMT)的克隆及相关分析

采用RT-PCR及RACE方法从绿竹中分离了COMT基因家族的一个基因,命名为BoCOMT1。BoCOMT1全长1 377 bp,编码一个361 aa的蛋白,估计分子量为39 kDa。BoCOMT1与小麦的TaCOMT、甘蔗的SoCOMT、玉米的ZmCOMT和毛白杨的PtCOMT的氨基酸序列比对结果表明,BoCOMT1与TaCOMT的氨基酸同源性最高,达到86.7%,系统进化树的分析表明,BoCOMT1与TaCOMT亲缘关系较近。RT-PCR结果显示,BoCOMT1在茎中的表达量约为叶中的2倍。

川芎咖啡酸-O-甲基转移酶基因的克隆及序列分析

克隆川芎(Ligusticum chuanxiong Hort)咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)基因并做序列分析。采用RT-PCR方法,以新鲜的川芎嫩叶c DNA为模板,克隆出川芎COMT基因的c DNA序列。此基因全长1328 bp,编码360个氨基酸。将得到的序列提交Gen Bank,序列号为KU942388。此川芎COMT具有植物O-甲基转移酶家族特征性的功能结构域,与中粒咖啡、牵牛花COMT的氨基酸序列同源性分别为70%、69%,推测其能够催化咖啡酸的氧甲基化反应。该川芎COMT基因的成功克隆为下一步活性验证及利用生物技术来生产阿魏酸奠定坚实基础。

当归咖啡酸-O-甲基转移酶基因克隆和序列分析

目的克隆当归Angelica sinensis咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferases,COMT)编码基因全长c DNA,并对序列进行生物信息学分析。方法提取当归叶片总RNA为c DNA合成模板,利用同源克隆结合c DNA末端快速扩增(RACE)技术克隆当归COMT全长c DNA,并利用NCBI、Ex PASy网站上的Blast N、Blast P、ORF Finder、Compute PI/Mw、Prot Scale、PROSITE、SWISS-MODEL等序列在线分析工具和MEGA、DNAMAN生物信息学软件对序列进行分析。结果获得COMT全长c DNA序列,并在Gen Bank注册(登录号KP188587)。序列分析表明,克隆的c DNA全长为1 436 bp,其中包括5’-UTR(76 bp)和3’-UTR(362 bp),含有1个1 098 bp的完整开放阅读框(opening reading frame,ORF),编码365个氨基酸的多肽链;预测蛋白质相对分子质量为40 230,理论等电点(p I)为5.43;无信号肽,具有典型的II型氧甲基转移酶结构域SAM_OMT_II。结论首次克隆当归COMT基因全长c DNA,为当归COMT基因功能研究和当归阿魏酸生物合成与调控的机制研究奠定基础。

川芎咖啡酸-O-甲基转移酶基因密码子偏好性与进化分析

咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)是苯丙烷类代谢途径中的一个关键酶,研究其密码子偏好性对开展该基因的异源表达与分子调控研究有重要指导意义.利用Codon W、EMBOSS、SPSS与Origin等在线服务器及软件,首先分析川芎等不同植物来源COMT基因的密码子偏好性,随后以川芎COMT为重点,比较其与大肠杆菌、酵母、拟南芥与烟草等模式生物的密码子使用频率.结果表明,单子叶植物COMT基因的密码子偏好性较强,而低等植物与双子叶植物COMT基因的密码子偏好性较弱.分析COMT基因密码子偏好性与核酸序列,发现亲缘关系较近的物种不仅具有较高的核酸序列相似度,并且具有相似的密码子偏好性,推测这种现象是由于密码子偏好性的形成主要受到自然选择的影响.COMT作为一个起源古老的基因,分析其密码子偏好性对了解植物进化关系有一定作用.川芎COMT体现出与其他双子叶植物相近的密码子偏好性,其GC含量与GC3s均小于50%,偏好以A/T编码,偏好性极强(RSCU>2)的密码子有7个,ENc为51.38,整体密码子偏好性较弱.与大肠杆菌相比较,酵母可能是其更好的外源表达系统.较之拟南芥,烟草更合适作为川芎COMT的遗传转化受体.本研究表明拟南芥、烟草都可作为Lc COMT遗传转化受体系统的候选;并且烟草COMT与Lc COMT在进化树上显示出较近的亲源关系,所以烟草可能是LCCOMT相对更好的遗传转化受体;结果可为COMT基因的遗传进化研究、川芎COMT的功能验证及转基因植物培育等奠定理论基础.(图4表2参33)

龙眼咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(DLCCoAOMT)基因的克隆和表达分析

【目的】克隆龙眼咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(DLCCoAOMT)基因,分析其序列特征和在低温胁迫下不同组织中的表达情况并进行原核表达研究。【方法】采用RT-PCR和RACE技术从龙眼叶片中克隆DLCCoAOMT基因,用生物信息学方法对获得的氨基酸序列进行分析,利用荧光定量PCR研究DLCCoAOMT基因在不同组织中的表达。【结果】克隆得到DLCCoAOMT基因,GenBank登录号为JN093023。该cDNA全长993 bp,具有1个744 bp的完整开放阅读框(ORF),编码247个氨基酸。序列分析表明,DLCCoAOMT编码的氨基酸序列与其它植物的CCoAOMT蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示,龙眼DLCCoAOMT与桦木属的CCoAOMT蛋白亲缘关系较近。利用荧光定量技术进行组织表达模式分析发现,DLCCoAOMT基因在根、茎、叶中均有表达。总体上表达量在根和茎中较多,叶中较少,随着低温胁迫时间延长,DLCCoAOMT基因在各组织的表达量也发生变化。原核表达结果表明,DLCCoAOMT基因在大肠杆菌中获得表达。【结论】从龙眼中克隆到咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因,该基因可能参与调控低温胁迫。

棉花咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因的克隆及表达

根据棉花纤维特异表达cDNA文库分析得到的咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术首次从棉花中克隆了一个CCoAOMT基因,命名为GhCCoAOMT1(GenBank登录号为FJ848871)。研究结果表明:GhCCoAOMT1基因cDNA全长960bp,具有一个753bp的开放阅读框,5′非编码区为9bp,3′非编码区为198bp,编码250个氨基酸,预测分子量约为28.306kDa,等电点为5.39。利用PCR方法克隆了GhCCoAOMT1基因的基因组序列,长度为1311bp,包含5个外显子和4个内含子。氨基酸同源性分析发现,GhCCoAOMT1与来自毛白杨、烟草和苎麻的CCoAOMT同源性较高。半定量RT-PCR检测表明,GhC-CoAOMT1基因在棉花各个组织中都有表达,其中茎部的表达量最高,其次表达量依次为根>花瓣>子叶>10d纤维>雄蕊>胚珠>叶。

茶树咖啡酸氧甲基转移酶基因的克隆及原核表达

以从茶树叶子中提取的总RNA为模板,结合RT-PCR利用RACE技术,得到咖啡酸氧甲基转移酶(caffeic acid o-methyltransferase,COMT)基因全长1 381bp,其开放阅读框为1 092bp,编码393个氨基酸,推测的蛋白分子量约为39.661 9ku,理论等电点为5.66,在GenBank的登录号为HM204933。其核苷酸序列与欧洲白桦、苎麻、中果咖啡和毛果杨的COMT基因相似性分别为80%、78%、77%、77%,氨基酸序列与毛果杨的COMT基因达100%。将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中进行原核表达,经IPTG诱导,SDS-PAGE检测结果表明茶树COMT基因能在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,电泳检测到一条大约60ku的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。

棉花咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因的克隆及特征分析

根据棉花纤维特异表达cDNA文库得到的咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因EST序列设计引物,采用RT-PCR技术从棉花中克隆了一个CCoAOMT基因,命名为GhCCoAOMT2。GhCCoAOMT2基因cDNA(GenBank登录号为FJ376606)具有一个747 bp的开放阅读框,5′非编码区为12 bp,3′非编码区为243 bp,编码248个氨基酸,预测分子量约为28.023 kD,等电点为5.39。GhCCoAOMT2基因组序列长度为1 442 bp,包含4个外显子和3个内含子。氨基酸同源分析发现,GhCCoAOMT2与来自毛白杨、烟草和苎麻的CCoAOMT同源性较高。半定量RT-PCR检测表明,GhCCoAOMT2基因在棉花各个组织中都有表达,其中茎部的表达量最高。原核表达分析表明,最佳诱导表达条件为0.2 mmol/LIPTG在37℃下诱导6 h。

梨咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因PbCCoAOMT1的功能验证

石细胞团的含量及大小是决定梨果实品质的关键因素之一。目前已知木质素是石细胞主要组成成分,而梨中木质素合成关键酶CCoAOMT的功能目前尚不明晰。为此,克隆PbCCoAOMT1编码区全长(MF346688.1)并构建真核表达载体pCAMBIA1301a-PbCCoAOMT1。通过农杆菌介导的浸花法将PbCCoAOMT1转化野生型拟南芥,利用分子检测确定获得阳性过表达PbCCoAOMT1拟南芥株系后,对其纯合T3代株系花序茎进行木质素及次生细胞壁特异性染色。结果表明,在拟南芥中过表达PbCCoAOMT1可以一定程度上促进次生壁的发育及木质化。运用溴乙酰法测定拟南芥花序茎中木质素含量发现,转基因植株中木质素含量较野生型显著上升,为野生型的1.24倍。进一步说明PbCCoAOMT1在木质素生物合成中具有重要作用。

板栗咖啡酸氧甲基转移酶基因CmCOMT的克隆及原核表达

该研究根据板栗(Castanea mollissima Bl.)cDNA文库分析得到EST序列,采用RT-PCR技术,克隆板栗咖啡酸氧甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase,COMT)基因全长cDNA(CmCOMT),分析其编码蛋白的相关信息并进行原核表达研究,为板栗木质素合成关键酶基因CmCOMT的生物学功能研究与应用奠定基础。结果表明:(1)CmCOMT基因(GenBank登录号为KU365322)具有一个1 098bp开放阅读框(ORF),共编码365个氨基酸,推测蛋白分子质量为39.684 9kD,理论等电点为5.83,具有植物SAM依赖甲基转移酶的典型特征。(2)CmCOMT核苷酸序列及其编码氨基酸序列与垂枝桦(Betula pendula)和白桦(Betula platyphylla)的相应序列一致性均在90%以上;同源建模表明,CmCOMT的3D模型与苜蓿(Medicago sativa)MsCOMT的蛋白结构相似,推测其可能与MsCOMT具有相似的功能;系统发育树分析显示,CmCOMT与其他植物COMTs具有相同的进化祖先,与桦木科植物物种亲缘关系最近。(3)SDS-PAGE电泳分析表明,CmCOMT蛋白最佳诱导表达条件为0.3mmol/L IPTG在25℃下诱导6h,蛋白分子量约为44kD,其主要以可溶性蛋白的形式存在。

川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶的原核表达与条件优化

以川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶基因(LCCOMT)为表达对象,将含有6*His标签的LCCOMT基因连接pET28a表达载体后转化大肠杆菌BL21,采用原核表达的方法,优化了LCCOMT基因的表达条件。结果表明:当诱导时间为4h,IPTG终浓度为2.0mmol·L-1,诱导温度为37℃时,重组LCCOMT蛋白的表达量达到最大。溶解性检测结果表明,LCCOMT重组蛋白以可溶性蛋白的形式存在,占总蛋白的9%,该试验可为LCCOMT的大规模表达纯化奠定基础。

海藻酸钠固定化重组川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶

利用IPTG诱导含有川芎咖啡酸-3-O-甲基转移酶(LCCOMT)的大肠杆菌工程菌E.coli BL21(DE3)/pET28a-LCCOMT,经Ni^(2+)亲和层析、质谱鉴定获得纯化的LCCOMT。采用海藻酸钙凝胶包埋固定LCCOMT,单因素实验考察最佳固定化条件对固定化酶活力的影响,并确定了固定化酶的最适温度、pH值、Km、Vmax与反应批次等酶学性质。确定的条件分别为海藻酸钠质量分数1.5%,CaCl_2浓度2.5 g/L,固定化时间2 h,载体与酶质量比40 000∶1。通过正交实验确定最终固定化条件为CaCl_2浓度2.5 g/L,海藻酸钠质量分数2.0%,固定化时间1 h,载体与酶质量分数35 000∶1时,固定化效果最好,此时相对酶活力为75.43%。固定化酶的最适催化温度为37℃、最适pH值为7.5,较游离酶分别增加0℃和0.5;Km、Vmax分别增高0.40和0.74;实验确定固定化酶的半衰期,连续使用6次,酶活力仍保留50%。

烟草咖啡酸3-O-甲基转移酶生物信息学分析

烟草的抗性与其组织的木质素含量具有一定的关系,而咖啡酸3-O-甲基转移酶影响木质素的合成。为清楚地认识烟草咖啡酸3-O-甲基转移酶,本研究采用Interpro、NetPhos和TNT工具对烟草咖啡酸3-O-甲基转移酶成员的结构域、磷酸化位点和进化树进行分析。结果表明,烟草咖啡酸3-O-甲基转移酶具有相同的植物甲基转移酶二聚化结构域和O-甲基转移酶结构域,前者位于烟草咖啡酸3-O-甲基转移酶序列的第33～85位之间,后者位于序列的第128～358位之间;NtCOMT1和NtCOMT2的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸数目较为相似,而NtCOMT3的磷酸化位点数目明显大于NtCOMT1和NtCOMT2的数目,且三者均以酪氨酸数目最少;NtCOMT3属于进化树的第一类,而NtCOMT1和NtCOMT2属于进化树的第二类,烟草与马铃薯的咖啡酸3-O-甲基转移酶进化程度较为相似。

合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析

咖啡碱是茶叶中重要的功能成分,它以黄苷为底物,以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体,通过N-甲基转移酶(NMT)类催化的一系列甲基化反应合成的产物。根据NMT基因高度相似的特性,利用长片段PCR法和侧翼序列克隆技术分离了白叶一号6种NMTs的基因组DNA全长,其中有2种为已报道的茶树咖啡碱合成酶基因TCS1、TCS2,1种为假基因,另3种基因分别被命名为TCS3、TCS4、TCS5,基因结构分析发现这6种基因均由4个外显子和3个内含子组成。山茶属植物的NMTs可聚为5类,其中TCS4和TCS5为与其他基因的相似性相对较低的一类。这些结果为今后更好地从基因组水平上剖析茶树咖啡碱的遗传机制提供有用参考。

大豆咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)基因克隆及结构分析

【目的】对大豆中咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)基因进行克隆和生物信息学分析,为研究木质素代谢途径关键基因CCoAOMT在大豆抗胞囊线虫的作用机制奠定基础。【方法】以高抗大豆胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe)3号生理小种品种灰皮支黑豆根系为材料,利用RT-PCR技术进行克隆。【结果】克隆得到1条大豆CCoAOMT基因的cDNA全长序列,将其命名为GmCCoAOMT,GenBank登录号为MW480860。该基因全长为848 bp,含有1个741 bp的开放阅读框,编码246个氨基酸组成的蛋白,分子量为27.6 kDa,等电点为5.67;亚细胞定位预测显示,CCoAOMT蛋白可能位于细胞质,该蛋白含有1个保守的AdoMet_MTases结构域,属于AdoMet_MTases超级家族;在与其他豆科植物CCoAOMT编码的蛋白序列比对及系统进化树分析中,GmCCoAOMT编码的蛋白序列与其他豆科植物具有较高的相似性。【结论】获得大豆CCoAOMT基因的cDNA全长序列,通过构建进化树确定大豆与豇豆、木豆、菜豆和赤豆的CCoAOMT蛋白进化关系较近,而与白羽扇豆和鹰嘴豆进化关系较远。

Avermectin C5-O-甲基转移酶基因的克隆、序列分析及其基因置换

C5 O 甲基转移酶基因 (aveD)位于阿维链霉菌 (Streptomycesavermitilis)染色体 3 4kbBamHI的片段上 ,通过构建avermectin基因组约 3 4kbBamHI片段的亚基因文库 ,用PCR的方法获得该基因的连锁基因C5 酮基还原酶基因 (aveF) ,并作为探针筛出aveD的克隆子。测序后和GenBank做同源比较 ,结果一致。构建基因置换穿梭载体 pHJ5 80 3 (pHZ13 5 8∷aveD&Amr) ,通过ET12 5 67::pUZ80 0 2属间接合转移导入S .avermitilis。放松培养后筛选出双交换重组菌株 ,并用PCR验证重组菌株的aveD已经破坏 ,将重组菌株摇瓶发酵液提取avermectin进行色谱质谱联机分析 ,发现重组菌株仅产生 4个组分 ,与出发菌株的 4个B组分完全一致。