镜鲤脂肪酸延长酶5基因的克隆和表达分析

脂肪酸延长酶5（ELOVL5）是高不饱和脂肪酸（HUFA）合成的关键酶之一。为了研究鲤HUFA合成的能力和机制,本研究采用RT-PCR和RACE技术获得镜鲤ELOVL5全长cDNA序列。ELOVL5基因cDNA全长1121 bp,开放阅读框为876 bp,编码291个氨基酸。序列分析显示,镜鲤ELOVL5氨基酸序列包含1个组氨酸簇（HXXHH）,1个典型的内质网驻留信号,多个跨膜区域和多个保守区域（KXXEXXDT、QXXFLHXYHH、NXXXHXXMYXYY、TXXQXXQ）,具有典型的脂肪酸延长酶的结构特征。氨基酸同源性分析结果显示,镜鲤 ELOVL5基因与其他鱼类同源性为79.0%~93.1%,与人同源性为69.0%。通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测该基因在镜鲤不同组织中的表达量,发现脂肪酸延长酶基因在镜鲤肝中表达量最高,其次为脑,在背部肌肉中表达量最低。镜鲤ELOVL5基因的获得为进一步研究镜鲤HUFA的合成途径及调控机理奠定了基础。

海洋破囊壶菌Thraustochytrium sp．FJN-10 DHA生物合成途径相关延长酶的克隆与表达

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)是具有各种重要生理功能的高度不饱和脂肪酸。以海洋真菌Thraustochytrium sp.FJN-10为研究对象,利用RT-PCR结合RACE,获得了两个碳链延长酶(TFD6和TFD5)的完整基因,其中TFD6 cDNA全长816 bp,编码271个氨基酸;TFD5 cDNA全长831 bp,编码276个氨基酸。将TFD6、TFD5酶切后分别连接到HindⅢ/XbaⅠ处理过的pYES2载体,醋酸锂法转化酿酒酵母感受态细胞,成功构建了延长酶酵母表达系统。气相色谱分析表明TFD6可延长C18:3n-6至C20:3n-6,TFD5可延长C20:5n-3至C22:5n-3。

草鱼脂肪酸去饱和酶和延长酶基因cDNA全序列的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到草鱼(Ctenopharyngodon idellus)肝脏中控制高不饱和脂肪酸(HU-FA)合成的脂肪酸去饱和酶(FAD)和脂肪酸延长酶(ELO)基因cDNA全序列.结果表明,草鱼FAD基因cDNA全长为1 994 bp,开放阅读框(ORF)为1 332 bp,编码444个氨基酸.编码的蛋白序列包含FAD全部特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其他鱼类的FAD氨基酸序列具有63.5%～70.5%的同源性.通过系统树分析,显示其在系统树中与草食性淡水鱼的亲缘关系最近.克隆得到的草鱼ELO的全长cDNA序列1 131 bp,含有876 bp的ORF,编码291个氨基酸.该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其他类别ELO氨基酸具有70.6%～89.3%的同源性.系统树分析显示其在系统树中与草食性和杂食性淡水鱼类亲缘关系较近.草鱼FAD和ELO cDNA全序列的获得为今后进一步研究其体内高不饱和脂肪酸合成途径及阐明该途径在不同鱼类中的分子进化机理奠定基础.

中华绒螯蟹脂肪酸延长酶(ELOVL)基因全长cDNA的克隆及其表达分析

根据脂肪酸延长酶保守区序列设计引物,采用RT-PCR和RACE技术首次克隆得到中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)脂肪酸延长酶(ELOVL)基因全长(Gen Bank登录号:KR005628)。分析ELOVL序列表明,该基因c DNA全长2089 bp,开放阅读框(ORF)长1065 bp(包含终止密码子),编码的354个氨基酸具有典型的延长酶特征:1个高度保守的氧化还原中心组氨酸簇HVIHH,多个保守区和多个跨膜区(KFTEFLDT、NTFVHIVMYVYY、TNFQMI)。经氨基酸同源性和系统发育树分析,中华绒螯蟹ELOVL预测氨基酸序列与顶切叶蚁(Acromyrmex echinatior)ELOVL氨基酸序列相似性最高,为59%;同时与家蝇(Musca domestica)聚为一支,进而与日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)等聚为一大支。通过实时荧光定量PCR技术研究ELOVL m RNA在中华绒螯蟹不同组织中的表达量,及投喂不同配合饲料后在可食部位组织中的表达情况。结果显示,ELOVL在各组织中均有表达,在肝胰腺和肠道中表达量最高,心脏中最低,其他组织中少量表达。养殖98 d后分析表明,卵巢和肝胰腺组织中ELOVL m RNA在SO饲料组中表达量最高,并且表达水平随着饲料中鱼油(富含n-3 PUFA)比例减少、豆油(缺少n-3 PUFA)比例增加而显著升高(P<0.05);精巢组织中ELOVL m KNA表达量在SO饲料组中最高;肌肉组织中ELOVL m KNA表达水平较低,且各饲料组间表达量差异不显著(P>0.05)。以上结果表明,中华绒螯蟹存在ELOVL基因,并且ELOVL的表达受饲料脂肪水平的影响,这为探究中华绒螯蟹自身合成HUFA途径及调节机制奠定了基础。

油菜脂肪酸延长酶基因fae1片段的克隆与SNP分析

脂肪酸延长酶基因fae1是调控油菜芥酸合成的关键基因。本研究利用GenBank中的fae1基因序列AF490462为模板设计引物,通过多聚酶链式反应(PCR)从白菜、甘蓝和甘蓝型油菜(包括2个人工合成种)的12个不同品种中扩增出长1007bp的fae1基因片段。PCR产物经与克隆载体pGEM-Tvector连接和序列测定,获得12个品种的fae1基因片段的DNA序列。对来自12个不同品种的fae1基因序列进行比较分析表明:fae1基因具有高度序列保守性,扩增长度均为1007bp,核苷酸序列相似度达98%以上,氨基酸序列的保守性更高。在1007bp的区间内共发现23个SNP(singlenucleotidepolymorphism)位点,其中有11个单核苷酸变异导致了编码氨基酸的改变。人工甘蓝型油菜和天然甘蓝型油菜的fae1基因片段未发现明显差异。发现了高芥酸品种与低芥酸品种的fae1基因、以及A基因组与C基因组的fae1基因特有SNP位点。

鳜鱼(Siniperca chuatsi)脂肪酸去饱和酶和延长酶基因全长cDNA序列的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到鳜鱼肝脏中控制高不饱和脂肪酸合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)基因的全长cDNA序列。FAD基因的全长cDNA序列1882bp,编码445个氨基酸,该蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其它鱼类FAD氨基酸序列的同源性为66.5%-90.1%,系统树分析显示其与欧洲鲈鱼和金头鲷等海水鱼类的亲缘关系最近。获得的ELO基因全长cDNA序列1401bp,编码294个氨基酸,该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其它几种鱼类ELO氨基酸序列的同源性为71.8%-86.7%,系统进化分析显示其与南方蓝鳍金枪鱼和金头鲷的亲缘关系较近。鳜鱼FAD和ELO基因全长cDNA序列的获得可为进一步研究其HUFA合成能力及调控机理奠定基础。

基于RNAi技术转移脂肪酸延长酶基因fae1及转基因油菜的获得

通过构建RNAi载体抑制油菜脂肪酸延长酶基因(fae1)表达,获得了油菜脂肪酸延长酶基因(fae1)功能缺失突变体。经酶切及序列测定证实,成功构建完成油菜脂肪酸延长酶基因(fae1)反向重复结构RNAi载体;通过农杆菌介导的油菜转化,经RCR及印染检测,获29个油菜转基因再生株系。

甘蓝型油菜脂肪酸链延长酶基因FAE1的克隆与原核表达

脂肪酸延长酶1(FAE1)是广泛存在于植物中并定位于内质网上的一种能催化脂肪酸碳链延长的酮脂酰CoA合成酶.根据Genbank上已知的植物FAE1基因设计引物,以从甘蓝型油菜叶片中提取的总DNA为模板,进行PCR扩增,获得了1380bp的片段.回收该片段,并连接到pMD18-T载体测序.序列比对结果说明了该片段与植物中已知的FAE1序列有极高的相似性,并且不存在内含子序列.将该片段通过高保真酶扩增,EcoRⅠ酶切消化后定向克隆到pGEX-2T表达载体中,在IPTG诱导下于28℃表达出Mr76×103的蛋白质条带.用兔抗GST多克隆抗体做第一抗体进行Western-blot检测,并获得阳性检测结果.这为甘蓝型油菜脂肪酸链延长酶基因FAE1功能的进一步研究奠定了基础.

甘蓝型油菜脂肪酸延长酶FAE1 RNA干扰体的构建

利用来源于油菜fae1基因编码区的长498bp的2个片段,反向连接于1个83bp的内含子两端,构建成RNAi载体,以期在油菜中转录后能有效抑制fae1基因的表达。所构建的RNAi载体最终序列全长2 066bp,经限制性内切酶消化及序列测定验证,其序列结构与设计一致。通过农杆菌介导的油菜转化,获得油菜再生株系29个。

黄鳝脂肪酸去饱和酶及延长酶基因cDNA的克隆与表达

为了解黄鳝合成长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)的能力,利用Trizol提取黄鳝肝脏总RNA,经RT获得cDNA,基于脂肪酸去饱和酶(FAD)及延长酶(FAE)基因同源系列设计简并引物进行黄鳝cDNA的PCR扩增、测序,获得黄鳝FAD及FAE基因部分片段序列。然后分析黄鳝FAD及FAE的同源性和系统进化情况及黄鳝胚胎和胚后发育期仔鱼该两个基因的表达水平。结果表明:黄鳝FAD与军曹鱼的△6去饱和酶同源性高达85%,其次是大菱鲆(83%),FAE与军曹鱼、线鳢、澳大利亚金枪鱼等的同源性高达89%;但FAD和FAE在系统发育树中均自呈一支。FAD和FAE基因在黄鳝胚胎和胚后发育阶段均有表达,以出膜后2～4 d表达量最高。提示黄鳝具有合成LC-PUFA的能力,但不同发育阶段合成能力不同。

海洋破囊壶菌△^5-延长酶和△^4-脱饱和酶在酿酒酵母中的共表达

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA C22:6n-3)是具有各种重要生理功能的高度不饱和脂肪酸.分别以质粒pYTFD5和pYFAD4为模板,扩增获得860bp的△5-延长酶基因(elo5)和1600bp的△4-脱饱和酶基因(fad4).利用重叠延伸PCR构建elo5-fad4融合基因,Hind Ⅲ/Sph Ⅰ双酶切后连接到经同样处理过的pYES2.0载体,构建重组表达质粒pYELO5-FAD4.转化酿酒酵母尿嘧啶缺陷型菌株INVScl,通过缺少尿嘧啶的选择性培养基筛选阳性克隆子.添加外源脂肪酸C20:5底物,半乳糖诱导表达.气相色谱-质谱分析表明,重组酵母总脂肪酸中出现了DHA(二十二碳六烯酸,C22:6n-3)新产物,融合基因elo5-fad4在酿酒酵母中得到了表达.

斜带石斑鱼脂肪酸去饱和酶和延长酶基因全长cDNA序列的克隆与分析

利用逆转录聚合酶链式反应(reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)和cDNA末端快速扩增(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)方法获得斜带石斑鱼Epinephelus coioides肝脏中控制高不饱和脂肪酸合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)基因的全长cDNA序列。结果表明,FAD基因的全长cDNA序列长1979 bp,含1338 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码445个氨基酸。编码的蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与金头鲷Sparus aurata、大麻哈鱼Oncorhynchus keta、鲤鱼Cyprinus carpio和斑马鱼Danio rerio FAD的氨基酸同源性为66.5%—90.8%。二级结构分析显示其以螺旋和β折叠为主,系统进化分析表明其与金头鲷和欧洲鲈鱼的亲缘关系最近。ELO基因的全长cDNA序列1228 bp,含有885 bp的开放阅读框,编码294个氨基酸。该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构区,与金头鲷、大麻哈鱼、尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus和斑马鱼ELO的氨基酸同源性为71.1%—85.7%。蛋白二级结构预测表明其含有丰富的螺旋和β折叠结构,系统树分析显示其与金头鲷亲缘关系最近。斜带石斑鱼FAD和ELO全长cDNA序列的获得,为今后进一步研究其高不饱和脂肪酸合成途径奠定基础。

缺刻缘绿藻脂肪酸延长酶基因在拟南芥中的表达分析

缺刻缘绿藻(Myrmecia incisa)系单细胞淡水绿藻,能够大量合成并积累花生四烯酸(arachidonic acid,ArA,20:4ω6),尤其在氮饥饿条件下。基于该绿藻中的延长酶基因序列构建双元表达载体,通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导侵染拟南芥(Arabidopisis thaliana),筛选得到携带MiFAE基因的拟南芥转化株。在转基因第3代(T3)植株中应用PCR扩增目的基因片段和GUS染色,分别在DNA、mRNA和表达水平上均成功地检测到MiFAE基因的存在。GC-MS对不同组织甲酯化的脂肪酸进行检测,结果表明,在转基因的拟南芥营养生长期的叶片中,十六碳三烯酸(hexadecaterienoic acid,C16:3^7,10,13)和α-亚麻酸(α-linolenic acid,C18:3^9,12,15,ALA)在总脂肪酸中的百分含量与对照组相比明显下降,分别由10.5%和41.5%降到1.8%和19.6%。结合GUS染色结果,推测这些减少的产物可能通过外源MiFAE基因的作用,直接参与了蜡质或角质的合成代谢途径。

日本鳗鲡脂肪酸去饱和酶和延长酶基因的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到日本鳗鲡(Anguillaja ponica)肝脏中控制高不饱和脂肪酸(highly unsat-urated fatty acids,HUFA)合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)全长cDNA序列。结果表明,2456bp的FAD全长cDNA序列含长达1046bp的3′-UTR、75bp的5′-UTR和编码444个氨基酸的长1335bp的阅读框。编码的蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其他具有不同生活史鱼类的FAD氨基酸序列具有70.5%～77.5%的同源性;分析显示其在系统树中与溯河洄游鱼类的亲缘关系最近。克隆得到的ELO全长cDNA序列长1239bp,含有885bp的开放阅读框,编码294个氨基酸,该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其他鱼类ELO氨基酸具有87.1%～88.8%的同源性;其在系统树中与北非鲶鱼(Clarias gariepinus)和斑马鱼亲缘关系较近。日本鳗鲡FAD和ELOcDNA全序列的获得为今后进一步研究其体内高不饱和脂肪酸合成途径及阐明该途径在不同鱼类中的分子进化机理奠定基础。

高山被孢霉原生质体转化及延长酶基因同源表达的研究

为了有效提高高山被孢霉(Mortierella alpina)产花生四烯酸的能力,采用聚乙二醇介导的原生质体转化法将重组pD4质粒(含高山被孢霉合成花生四烯酸的延长酶基因GLELO)转入高山被孢霉中,对其转化条件和同源表达进行了研究.结果表明,原生质体最佳转化条件为:以山梨醇作为稳定剂,50mmol/L的Ca2+和聚乙二醇4000作为转化介质,于25℃转化15min后温育,原生质体转化率最高为1.8μg-1.该转化子的摇瓶实验结果显示重组菌中花生四烯酸的产量比原始菌株的产量最高提高了近30%.该研究结果为高山被孢霉的性状改进及其他真菌的的遗传转化提供参考.

三角褐指藻Δ6脂肪酸延长酶基因的克隆与序列分析

多不饱和脂肪酸具有重要的生理和保健功能。利用基因工程手段在植物和微生物中生产多不饱和脂肪酸是研究的热点。Δ6脂肪酸延长酶是多不饱和脂肪酸合成中的关键酶,克隆了三角褐指藻的Δ6脂肪酸延长酶基因的cDNA和DNA序列,并对该基因的基因结构、翻译后修饰及起源进化进行了分析。结果显示,三角褐指藻的Δ6脂肪酸延长酶基因有两个内含子,该酶属于ELO系列延长酶,具有磷酸化及N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)修饰等翻译后修饰。BLAST结果表明,在三角褐指藻中很有可能存在两个Δ6脂肪酸延长酶基因。

高山被孢霉Δ~6-脂肪酸延长酶基因在巴斯德毕赤酵母中的表达

长链多不饱和脂肪酸花生四烯酸(ARA,C20:4n-6)是合成生物活性物质类二十碳烷酸的初级底物神经组织的重要组成成分.Δ6-脂肪酸延长酶是花生四烯酸Δ6-合成途径的关键酶之一.根据已经报道的Δ6-脂酸延长酶基因序列设计引物,分别从产花生四烯酸的丝状真菌高山被孢霉ATCC16266菌株基因组和cDNA扩增得到该序列.经序列分析后,将来源于cDNA的序列连接到毕赤酵母表达载体pPIC3.5K上,得到重组质PIC3.5K-ELO.用电击转化法将重组载体pPIC3.5K-ELO转化到巴斯德毕赤酵母GS115中,在缺省培养基筛选得到毕赤酵母转化菌株pPIC3.5K-ELO.在适宜的培养条件下,添加外源底物γ-亚麻酸(GLA)和诱导物醇诱导基因表达.气相色谱分析表明该基因在毕赤酵母中得到了表达,底物GLA转化为二高γ-亚麻酸GLA),转化效率为28.91%.对Δ6-脂肪酸延长酶进行跨膜分析,表明该蛋白为具有7个跨膜域的膜结合蛋白.

纤细裸藻△9-脂肪酸延长酶基因在解脂耶氏酵母中的表达

从纤细裸藻c DNA中克隆出△9-脂肪酸延长酶基因,与解脂耶氏酵母整合载体p INA1297连接构建重组质粒p INA1297-△9E,用电击转化法将重组质粒转化到解脂耶氏酵母中,筛选得到阳性表达菌株YL△9E。在酵母浸出粉胨葡萄糖培养(YPD)条件下,工程酵母YL△9E的菌体生长速率高于对照菌株polf。对工程酵母YL△9E进行脂肪酸成分分析,结果表明△9-脂肪酸延长酶基因获得表达,产生了二十碳二烯酸(EDA),其含量可高达14.8%。

三角褐指藻△5-脂肪酸延长酶基因克隆、过表达载体构建及生物信息学分析

通过RT-PCR的方法克隆三角褐指藻的△5-脂肪酸延长酶基因的cDNA序列,利用双酶切技术构建重组表达载体,并对该基因进行相关的生物信息学分析。结果表明:三角褐指藻△5-脂肪酸延长酶基因的cDNA全长为834 bp,编码278个氨基酸,预测的等电点为9-13,理论分子量32348-91。△5-脂肪酸延长酶基因中存在1个内含子,该酶属于ELO系列延长酶,可能定位于内质网中,包含多个跨膜区域和保守区域。亲缘关系分析表明,三角褐指藻△5-脂肪酸延长酶与假微型海链藻的亲缘关系最近。试验还成功构建了三角褐指藻△5-脂肪酸延长酶基因过表达重组质粒pPha-T1-5e,为下一步三角褐指藻中相关油脂代谢基因的表达和功能验证奠定基础。

脂肪酸延长酶和脱饱和酶在酿酒酵母中的共表达

将一种同时含C20-Δ5脂肪酸碳链延长酶(TFD5)基因和C22-Δ4脂肪酸碳链脱饱和酶(FAD4)基因的双基因共表达质粒转化于Saccharomyces cerevisiae中,形成了工程菌株SC.PYFTD5-FAD4.并对工程菌株SC.PYFTD5-FAD4进行了诱导表达,可直接转化底物二十碳五烯酸(EPA,20:5△5,8,11,14,17n-3)生成二十二碳五烯酸(DPA,22:5△4,7,10,13,16n-3)和二十二碳六烯酸(DHA,22:6△4,7,10,13,16,19n-3).