香樟甲羟戊酸-5-磷酸激酶基因CcPMK的克隆和表达分析

甲羟戊酸-5-磷酸激酶(5-phosphomevalonate kinase,PMK)是甲羟戊酸(mevalonate,MVA)途径中的关键限速酶,其在ATP和二价金属离子的存在下能够可逆地催化甲羟戊酸-5-磷酸(mevalerate 5-phosphoric acid,MVAP)磷酸化从而形成甲羟戊酸-5-焦磷酸(mevalonate-5-pyrophosphate,MVAPP)。该文以香樟Cinnamomum camphora作为研究材料,基于前期的转录组数据,从cDNA中克隆出PMK基因,命名为CcPMK(GenBank登录号MN163057)。该基因开放阅读框(ORF)为1545 bp,编码514个氨基酸,生物信息学分析推测其相对分子质量为56.14 kDa,等电点(theoretical pI)为7.64,不含信号肽,不存在跨膜结构。通过多序列比对及系统进化树分析,发现CcPMK与其他植物的PMK氨基酸序列相似性高达75%,其包含45%的α-螺旋和16%的β折叠,CcPMK具有3个PMK蛋白质家族的特征motif和1个ATP结合位点Gly-Leu-Gly-Ser-Ser-Ala-Ala,并且它的3级模型中含有1个催化反应的口袋状结构,证实其为PMK家族基因。系统进化树结果显示其与海枣等单子叶植物具有较近的亲缘关系。利用实时荧光定量PCR检测得出CcPMK在香樟5种化学型中的表达量不同,在龙脑樟中的表达量显著高于油樟、芳樟、脑樟和异樟,并且CcPMK基因在根中表达量最高,枝中最低。该研究首次从香樟中克隆出了CcPMK cDNA全长,并揭示了CcPMK在5种化学型及不同组织中的差异表达,为香樟萜类化合物生物合成途径关键酶基因的挖掘提供研究基础。

茅苍术AlPMK1、AlPMK2基因的克隆和表达分析

目的从茅苍术中克隆萜类化合物生物合成途径中的甲羟戊酸-5-磷酸激酶(PMK)基因,并对其进行序列分析、原核表达及基因表达分析。方法基于茅苍术转录组数据,采用RT-qPCR法克隆获得茅苍术的2条甲羟戊酸-5-磷酸激酶基因的全长序列,命名为AlPMK1、AlPMK2,使用生物信息学软件预测AlPMK1,AlPMK2编码蛋白的特征;利用MEGA 6.06软件构建系统进化树;构建原核表达载体,在大肠杆菌中诱导表达;运用RT-qPCR检测该基因在不同产地茅苍术中的相对表达及经不同时间茉莉酸甲酯诱导后的表达情况。结果AlPMK1、AlPMK2基因的ORF长度分别为1512、1590 bp,分别编码503 aa、529 aa。2个基因的二级结构中α螺旋和无规则卷曲占比最高,均属不稳定的酸性蛋白;结构功能域分析证明AlPMK1、AlPMK2分别在4~490 aa,40~527 aa处包含甲羟戊酸激酶的保守结构域;跨膜结构域分析预测,两者均为膜外蛋白;SDS-PAGE结果显示,分别在55、58 kDa处有清晰的目的蛋白表达。基因表达结果显示,在不同时间的茉莉酸甲酯诱导下AlPMK1、AlPMK2的基因表达分别在48、24 h达到最高值,且均在3 h表达最低。不同产地的茅苍术AlPMK1、AlPMK2基因具有组织特异性,两者均在岳西茅苍术的叶中表达量最高。结论本研究首次克隆2条茅苍术AlPMK1、AlPMK2基因,并对其进行表达分析,为进一步探究茅苍术萜类生物合成途径奠定基础。

基于代谢组学方法的两株酿酒酵母菌胞内差异代谢产物分析

为了解不同发酵时期的酿酒酵母菌的胞内小分子化合物的代谢状况,该研究应用代谢组学方法,分析了重组酵母菌株N6076及其原始菌株Kh08的胞内差异代谢产物。UPLC-Q-TOF/MS的检测分析结果表明,2株酵母菌不同发酵时间点的胞内小分子代谢产物存在差异,其种类分别为11和10种,且以高丰度的脂类物质居多,其中甲羟戊酸-5-磷酸和胱氨酸分别为2株酵母菌胞内的显著差异代谢产物。应用LC-MS/MS对甲羟戊酸代谢途径中甲羟戊酸-5-磷酸(MVAP)的检测分析结果表明,重组菌株N6076发酵48 h时胞内MVAP浓度为1.32μg/mL,而原始菌株Kh08在相同发酵时间点未检出MVAP。该研究为进一步认识酵母菌胞内小分子化合物的代谢提供了依据。