烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因NtGGPPS1的克隆和功能分析

为进一步明确烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因NtGGPPS1的功能,根据已公布的普通烟草(Nicotiana tabacum)GGPPS1基因编码区序列设计特异性引物,从普通烟草K326中克隆到NtGGPPS1基因。构建荧光表达载体PFF19-Nt GGPPS1-GFP,对NtGGPPS1基因进行亚细胞定位研究。通过荧光定量PCR分析了普通烟草K326在不同激素处理下NtGGPPS1基因的表达量变化。构建NtGGPPS1基因的RNAi载体pHellsgate2-Nt GGPPS1,通过农杆菌浸染烟草K326后获得NtGGPPS1基因显著下调的烟株,检测了烟株中质体色素含量的变化情况。结果表明:Nt GGPPS1融合蛋白基因的绿色荧光分布在烟草BY-2细胞的质体上,表明该基因定位于质体。用茉莉酸甲酯(MeJA)处理烟草后,NtGGPPS1基因的表达量显著升高,而用生长素(IAA)处理后,该基因的表达量下降。与对照相比,在NtGGPPS1基因下调的烟株中其质体色素含量均显著降低,预示NtGGPPS1参与了烟草β-胡萝卜素的生物合成。

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因的克隆及分析

采用RACE技术,从烟叶中克隆了一个新的编码GGPPS蛋白的基因,命名为Ntggpps3,并对其进行了生物信息学分析。Ntggpps3的cDNA序列为1251 bp,包含一个长度为1092 bp的开放阅读框,编码363个氨基酸。NtGGPPS3蛋白与其他植物GGPPSs高度保守。生物信息学预测结果表明,NtGGPPS3的分子量为39.5 kD,等电点为6.28,为亲水性蛋白,N端有叶绿体信号肽。二级结构主要由螺旋和无规则卷曲组成,三级结构含有两个富含天冬氨酸的区域,并通过同源建模构建了NtGGPPS3的3D模型。进化分析表明,植物的GGPPS分为大亚基和小亚基两个分支,而且NtGGPPS3属于大亚基。

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因家族的全基因组鉴定

为了揭示烟草栊牛儿基[牛 ]牛儿基焦磷酸合成酶（Geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPPS）基因家族的特征和功能，利用生物信息学方法对烟草GGPPS家族进行了全基因组查找、鉴定及相关分析。在普通烟草中共鉴定出9个成员（大亚基7个、小亚基2个），林烟草、绒毛状烟草中分别鉴定出5个成员（大亚基4个、小亚基1个）。GGPP5的开放阅读框长度为999～1119bp，编码332~372个氨基酸，蛋白质分子量为36．2～40．7kD，等电点为5．41～8．32。大亚基和小亚基基因分别含有1个和2个外显子；大亚基与小亚基均具有DD（XX）。D和CXXXC保守性基序，但存在一定的差异。在进化过程中，烟草GGPPS家族可能发生了串联重复复制和片断复制；普通烟草GGPPS家族可能发生了基因丢失，NtabGGPPS1-1和NtabGGPPS1—2较其他成员进化速率快，同时可能受到了净化选择。

发根农杆菌介导丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶1基因RNA干扰载体的转化

目的:利用发根农杆菌ACCC10060介导丹参牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶1基因(SmGGPS1)RNA干扰(RNAi)载体转化丹参叶片,生成SmGGPS1的RNAi转基因毛状根。方法:根据已克隆到的SmGGPS1特异区域设计并合成2段RNAi序列,分别插入RNAi双元载体pK7GWIWG2D(Ⅱ)中,构建2个含卡那霉素(Kan)和绿色荧光蛋白(GFP)双筛选标记的植物表达载体pK7GWIWG2D(Ⅱ)-SmGGPS1-RNAi2和pK7GWIWG2D(Ⅱ)-SmGGPS1-RNAi3;利用带有上述2个RNAi载体的发根农杆菌ACCC10060侵染丹参叶片,诱导生成转基因毛状根;通过Kan抗性筛选和GFP绿色荧光观察统计转化率。结果:分别得到SmGGPS1-RNAi2和SmGGPS1-RNAi3转基因毛状根301根和399根,平均转化率为60.34%。结论:首次建立了发根农杆菌介导的外源基因转化丹参的体系。

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶类似基因的克隆及其功能研究

利用同源克隆法从普通烟草(Nicotiana tabacum)红花大金元的c DNA中克隆到一个新基因Nt GGPPSL(Geranylgeranyl pyrophosphate synthase-like),其编码区全长为813 bp。Blast结果显示该基因与林烟草(Nicotiana sylvestris)、绒毛状烟草(Nicotiana tomentosiformis)和番茄(Solanum lycopersicum)的GGPPS小亚基基因的相似度分别达到了99%、91%和82%,但其编码的蛋白质序列缺失了GGPPS小亚基的关键功能域"DDXXXXD",这表明Nt GGPPSL基因的功能可能与GGPPS小亚基基因不同。为了深入研究Nt GGPPSL基因的功能,通过实时荧光定量PCR(Real-time PCR)分析Nt GGPPSL基因在普通烟草不同时期和器官中的表达差异。利用TRV病毒诱导的基因沉默(VIGS)体系抑制本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中Nt GGPPSL基因的表达,在成功沉默该基因之后,检测烟草中质体色素(新黄质、紫黄质、叶黄素、叶绿素a/b、β-胡萝卜素)含量的变化。结果显示,Nt GGPPSL基因在茎和根中的表达量明显高于其他器官。与对照组相比,在Nt GGPPSL基因沉默后,烟草叶片发生明显的褪绿现象,质体色素含量显著降低,表明该基因参与了叶绿素的合成,这为VIGS体系提供了一个可参考的指示基因,也为烟草的遗传改良和基因功能研究提供了理论依据。

基于转录组信息的艾纳香牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(BbGPPS)的克隆及序列分析

采用RT-PCR和RACE(Rapid amplification of cDNA ends)技术,从艾纳香(Blumea balsamifera L.DC)的叶片中克隆到单萜化合物合成的关键酶牻牛儿基焦磷酸合成酶(BbGPPS)基因。研究结果显示,BbGPPS基因的cDNA全长1 692 bp,包含开放阅读框(ORF)1 083 bp,编码361个氨基酸;亚细胞结构定位于叶绿体,既非膜蛋白也非分泌性蛋白。疏水性分析显示,BbGPPS是亲水性蛋白。同源性比对结果显示,BbGPPS蛋白与其他植物中GPPS蛋白具有高度的相似性,且具有异戊烯基结构域。系统发育分析表明,所有序列被聚为5大类,BbGPPS与其他菊科植物聚类一类,与万寿菊(Tagetes erecta)TeGPPS亲缘关系最近,其次是甜菊(Stevia rebaudiana)SrGPPS。

高产脂思茅松牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因的克隆及表达

以高产脂思茅松为材料,基于转录组数据分析,采用RT-PCR方法获得思茅松牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)基因的c DNA序列,Gen Bank登录号为KM382173.1.序列分析显示,思茅松GGPS基因c DNA全长1 152 bp,编码383个氨基酸,属于GGPS家族.序列比对分析显示,思茅松GGPS拥有GGPS家族特有的两个功能保守结构域FARM(DDLPSMDND)、SARM(DDILD),其与马尾松GGPS的同源性为78.07%.系统进化树分析显示,思茅松GGPS与马尾松GGPS的亲缘关系最近.荧光定量PCR分析表明,在思茅松的树皮中,GGPS基因的表达明显受到割脂物理伤害的诱导,在高产脂思茅松个体幼枝中的表达量远远高于在低产脂思茅松个体的表达量.

篦子三尖杉牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因的克隆与序列分析

三尖杉是我国特有植物,主要含有生物碱、黄酮及萜类等生物活性物质。以篦子三尖杉为试验材料,根据同源克隆的方法扩增三尖杉牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPPS)基因,并通过生物信息的方法对该基因进行鉴定和分析。结果表明,篦子三尖杉GGPPS基因全长1 217 bp,含有1个完整的1 182 bp开放阅读框(ORF),编码393个氨基酸的蛋白序列,GGPPS蛋白相对分子量为43.042 ku,理论等电点(p I)为6.57,其二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成;蛋白质同源分析表明,三尖杉GGPPS含有多聚异戊二烯基合成酶家族中保守的5个特征性结构和2个富含天冬氨酸的区域;同源模建分析显示,三尖杉GGPPS具有GGPPS蛋白典型的三维结构,特别与薄荷GGPPS蛋白的三维结构及活性位点极其相似;系统进化分析表明,三尖杉GGPPS蛋白归属植物进化支,且与加拿大红豆杉、曼地亚红豆杉、海南粗榧的GGPPS蛋白归为同一分支。

基于转录组信息的艾纳香牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(BbGGPS)的克隆及序列分析

采用RT-PCR和RACE(Rapid amplification of c DNA ends)技术,从艾纳香(Blumea balsamifera L·DC)的叶片中克隆到二萜化合物合成的关键酶牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Bb GGPS)基因。结果显示:Bb GGPS基因的c DNA全长1475 bp,包含开放阅读框(ORF)1002 bp,编码334个氨基酸;亚细胞结构定位于叶绿体,既非膜蛋白也非分泌性蛋白。疏水性分析显示,Bb GGPS是亲水性蛋白。同源性比对结果显示,Bb GGPS蛋白与其他植物中GGPS蛋白具有高度的相似性。系统发育分析表明,所有序列被聚为5大类,Bb GGPS与菊科植物刺菜蓟聚(Cynara cardunculus var)为一类,表明与其亲缘关系最近。

茶树牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因CsGGDPS的克隆及表达分析

以铁观音芽叶为材料,验证从茶树转录组数据库中筛选到的1条牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGDPS)的编码全长序列c DNA。该c DNA全长1 661 bp,含有1个1 137 bp完整的开放阅读框,命名为Cs GGDPS。该基因编码378个氨基酸,氨基酸序列具有类异戊二烯合成酶家族的5个保守域和2个特征功能域;序列分析显示,该c DNA与其他植物GGDPS高度保守,与三七(Panax notoginseng)的亲缘关系最近。Cs GGDPS属于不稳定、亲水蛋白,可能定位到叶绿体中,不存在跨膜结构,无信号肽,发生磷酸化的位点可能有20个;二级结构主要由α-螺旋构成,三级结构与拟南芥GGPPS11匹配度最高。实时荧光定量PCR结果表明,在茶树发育过程和不同叶位Cs GGDPS的表达量随芽叶成熟度的增加呈上升趋势,随着做青过程的进行,Cs GGDPS的表达量逐渐升高;Cs GGDPS在父本黄旦、母本铁观音和子一代金观音中均有表达,但表达量存在差异。

芥蓝牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因BoaGGPPS1的克隆及表达分析

本试验以芥蓝为试验材料,通过同源序列检索分析设计特异性引物,采用反转录PCR方法成功分离出芥蓝GGPPS1基因。BoaGGPPS1基因CDS全长为1 113 bp,编码370个氨基酸。生物信息学分析结果显示,BoaGGPPS1蛋白的等电点为6.07,相对分子量为39 790,不含跨膜结构域和信号肽。序列分析结果显示,BoaGGPPS1与其他植物GGPPS高度保守,与结球甘蓝的一致性最高,达到98%。系统进化树分析结果表明,BoaGGPPS1与十字花科其他植物的亲缘关系较近,与结球甘蓝的亲缘关系最近。BoaGGPPS1基因在芥蓝不同器官中均有表达,其中叶片中的表达量最高,根系中的表达量最低。构建原核表达载体p EASY-Blunt E1-BoaGGPPS1,并对其进行诱导表达,结果发现该蛋白在大肠杆菌体内主要以包涵体的形式存在。

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶小亚基基因的克隆及组织表达谱

为揭示牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPPS)小亚基在烟草(Nicotiana tabacum)中的生理功能,采用电子克隆的方法,结合RT-PCR和SMART RACE技术,从烟草中克隆到1个牛儿基牛儿基焦磷酸合成酶小亚基基因的cDNA序列,命名为NtGGPPS5(GenBank登陆号:KF316932)。该基因全长1320 bp,编码332个氨基酸,与番茄(Solanum lycopersicum,XP_004246572)及其野生种(Solanum pennellii,ADZ24721)的GGPPS小亚基的氨基酸序列一致性均为92%,具有一个特征性的异戊二烯合成酶保守的天门冬氨酸富集区。进化分析表明,植物GGPPS分为大亚基和小亚基两个分支,而且NtGGPPS5属于小亚基。实时荧光定量PCR试验表明,NtGGPPS5基因在烟草根、茎、叶和芽中均有表达,表达量为芽>叶>茎>根。

三七法呢基焦磷酸合酶的基因克隆及序列分析

目的对三七法呢基焦磷酸合酶(FPS)进行基因克隆及序列分析。方法采用cDNA末端快速扩增法,以三七根总RNA为模板扩增出三七FPS基因。结果序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长1 409 bp,开放阅读框共编码343个氨基酸残基,推测的氨基酸序列与积雪草、灰白银胶菊、黄花蒿的FPS的氨基酸序列同源性最高,分别达95%、87%、86%。结论首次分离并报道了三七FPS cDNA克隆,为进一步研究三萜皂苷生物合成机制及其在提高植物药用价值方面的应用奠定基础。

转外源法呢基焦磷酸合酶基因烟草抗赤星病研究

将已克隆的薄荷(Mentha spicataL.)法呢基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,fps)的cDNA插入载体,构建CaMV35S启动子驱动下的植物表达载体pBinARfps。用捕获该质粒的根癌农杆菌菌株LBA4404与烟草叶片外植体共培养,并在附加30 mg/L Kan的MS+0.1 mg/L IAA+1.5 mg/L BA培养基上诱导植株分化,再生芽在附加30 mg/L Kan的MS培养基上生根,再生植株。Kan阳性植株经PCR-Southern检测筛选,得到5株PCR阳性植株(K-4,K-6,K-17,K-19,K-35),证明外源fps基因在烟草基因组中的整合;Northern blot检测证明外源fps基因在转录水平进行了表达;离体叶片接种实验表明,转基因植株(T1代)对赤星病抗性明显提高。这表明fps基因在植物抗病基因工程中具有潜在应用价值。

烟草法呢基焦磷酸合酶基因的克隆及序列分析

采用逆转录—聚合酶链式反应(RT-PCR)方法,以烟草品种K326叶片总RNA为模板扩增出烟草法呢基焦磷酸合酶基因fps,克隆至载体PMD19-T中。序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长702 bp,共编码234个氨基酸残基,其核酸序列与玉米、杜仲、拟南芥、青蒿、Nicotiana sanderae×Nicotiana langa-dorffii杂交种的法呢基焦磷酸合酶基因的核酸序列同源性分别为74%,76%,77%,80%和97%。

丹参法呢基焦磷酸合酶基因(SmFPPS1)的表达模式

克隆了丹参中萜类物质合成相关的法呢基焦磷酸合酶基因(farnesyl diphosphate synthase,SmFPPS1,HQ687768),并对其序列特征进行了分析,发现该基因编码产物含有异戊烯基转移酶的特征结构域定位于细胞质中.功能互补分析显示,SmFPPS1不具有牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(geranylgeranyldiphosphate synthase,GGPPS)活性.实时荧光定量PCR分析结果显示,SmFPPS1在丹参生长的各个时期具有一定的组成性表达,在其花期的各器官中主要在花中表达,而且其表达受到茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)和真菌诱导子信号的诱导.

法呢基焦磷酸合酶基因的克隆及双元载体的构建

以留兰香(MenthaspicataL)为材料,利用RT PCR方法克隆法呢基焦磷酸合酶基因(fps)的cDNA,核酸序列分析表明,该基因的编码区长1050bp,编码349个氨基酸.进一步将fps基因插入植物表达载体BinAR,酶切鉴定及测序结果都证明fps的植物双元表达载体构建成功,为fps基因在烟草中的异源表达奠定了基础.

刺五加法呢基焦磷酸合酶基因的表达及其与皂苷含量的相关性分析

根据刺五加法呢基焦磷酸合酶(farnesyl diphosphate synthase,FPS)基因的cDNA序列信息,设计特异性引物,利用半定量RT-PCR技术,对刺五加FPS基因在不同产地、不同器官、不同发育时期及茉莉酸甲酯(MeJA)处理后的表达情况进行分析。结果表明,FPS基因在不同产地、时期、器官及MeJA处理后的刺五加中均有表达,但表达量存在显著差异。FPS在萌芽期的表达量最高,盛花期的表达量最低,两者比值为4.19且差异显著;本溪、珲春、鸡西、雾灵山、穆棱、梅河口、伊通产地刺五加的FPS相对表达量依次降低;在不同器官中以叶的表达量最高;MeJA处理后FPS的表达量比用蒸馏水处理的对照组均有显著提高。FPS的相对表达量与刺五加叶器官的皂苷含量存在显著的正相关关系。

巴西橡胶树一个新的法尼基焦磷酸合酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆的方法在橡胶树中获得一个新的法尼基焦磷酸合酶基因,命名为Hb FPS2。序列分析显示,Hb FPS2基因组序列长4 171 bp,由12个外显子和11个内含子组成,c DNA全长1 288 bp,包含1 029 bp的开放阅读框、105 bp的5′-UTR和154 bp的3′-UTR,编码342个氨基酸,推测分子量为39.6 ku,等电点为5.27。氨基酸序列比对显示,Hb FPS2具有FPS家族保守的5个结构域。进化分析结果表明,Hb FPS2和Hb FPS1亲缘关系最近,与大戟科的蓖麻、大戟、麻风树法尼基焦磷酸合酶聚为一个亚类。定量PCR结果表明,Hb FPS2在橡胶树根、树皮、叶、花和胶乳等组织中均有表达,在花和胶乳中表达量较高,在根中表达量最低;茉莉酸和乙烯处理均能提高Hb FPS2基因的表达量,处理9 h时基因表达量分别提高了36倍和8倍。结果为分析法尼基焦磷酸合酶基因表达特性及其在天然橡胶生物合成途径中的作用机制奠定基础。

三七法呢基焦磷酸合酶原核表达载体的构建及其表达

在克隆得到三七法呢基焦磷酸合酶(FPS)cDNA的基础上,构建原核表达载体pET32 a(+)/FPS,并转化大肠杆菌BL21(DE3)受体菌,在37℃,1 mmol/L IPTG浓度条件下,诱导表达FPS融合蛋白,对诱导表达条件进行了优化。结果表明:成功构建了原核表达载体pET32 a(+)/FPS,并在大肠杆菌中成功表达FPS蛋白,分子量约为40 kD,为进一步开展FPS的蛋白纯化和功能分析奠定了基础。