华中樱磷酸甲羟戊酸激酶基因PcoPMK克隆与表达分析

【目的】克隆华中樱磷酸甲羟戊酸激酶基因PcoPMK的cDNA序列,分析该基因在华中樱‘YS01’不同发育阶段花瓣中的表达情况及其编码蛋白质的结构特征和理化性质,为进一步研究PcoPMK基因在华中樱萜烯类物质合成途径中的功能提供参考。【方法】参照近缘物种的PMK同源基因cDNA保守序列设计特异性引物,应用RT-PCR技术扩增PcoPMK基因的cDNA序列,并进行克隆测序,同时应用定量RT-PCR技术分析该基因在‘YS01’不同发育阶段花瓣中的表达情况。应用ORF Finder在线工具预测基因的开放阅读框及编码的蛋白质序列;分别应用ExPASy、SOPMA、Swiss model和CDD在线工具分析蛋白质的理化性质、二级、三级结构和功能结构域;分别应用DeepTMHMM、SINALP 4.0 Server和PredictProtein在线程序预测蛋白质的跨膜结构、信号肽和亚细胞定位;应用MEGA7.0软件构建基因的系统进化树。【结果】华中樱PcoPMK基因开放阅读框序列大小为1530 bp,编码509个氨基酸,GenBank登录号为OR373074。编码蛋白质的相对分子量为55.199 kD,理论等电点为5.68,属于亲水性的稳定蛋白,定位于细胞质。PcoPMK蛋白与扁桃、烟草和拟南芥等代表性物种PMK同源蛋白的序列相似度较高,含有3个典型且保守的蛋白结构功能域和1个ATP结合位点,无跨膜螺旋和信号肽,属于非分泌蛋白。PcoPMK基因在华中樱‘YS01’盛开期花瓣中的相对表达量显著高于花蕾期和半开期(P<0.05),与同时期花瓣中萜烯类香气物质的含量变化规律一致。【结论】本研究成功克隆了华中樱PcoPMK基因,初步推测其可能在花瓣萜烯类物质合成途径中发挥重要作用,为进一步研究该基因的生物学功能提供了参考。

米曲霉磷酸甲羟戊酸激酶功能研究

磷酸甲羟戊酸激酶(PMK)是甲羟戊酸(MVA)途径的关键酶。在真菌中,MVA途径是麦角甾醇生物合成的上游,因此PMK也被称为Erg8。为了研究磷酸甲羟戊酸激酶在米曲霉(Aspergillus oryzae)麦角甾醇合成通路中的作用,对米曲霉AoErg8基因功能进行研究。采用生物信息学方法鉴定米曲霉中的该基因,通过系统发育树和酵母异源互补分析其是否保守,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测其表达模式,同时通过荧光蛋白标记对其亚细胞定位进行分析,最后测定AoErg8基因过表达对米曲霉生长和麦角甾醇含量的影响。结果表明,AoErg8进化保守,其表达量在不同生长时间和不同非生物胁迫下均发生了改变;AoErg8能恢复酿酒酵母erg8突变体的温度敏感表型;AoErg8定位于细胞质中;米曲霉中AoErg8过表达导致麦角甾醇含量降低,并且影响米曲霉生长和孢子形成。因此,米曲霉Ao Erg8的功能相对保守,其过表达可以降低麦角甾醇含量并影响菌落生长和孢子形成。该研究进一步揭示丝状真菌米曲霉麦角甾醇生物合成和调控机理,为米曲霉或其他真菌脂质代谢的基因工程奠定基础。

茉莉花磷酸甲羟戊酸激酶基因克隆及表达分析

【目的】克隆茉莉花磷酸甲羟戊酸激酶(PMK)基因(JsPMK),对其进行生物信息学分析并检测其表达时间节律性,为深入研究茉莉花萜类化合物生物合成途径及其调控机制提供理论参考。【方法】以茉莉花花瓣为材料,采用RT-PCR扩增JsPMK基因全长,利用生物信息学软件对其编码蛋白进行预测分析,并采用qRT-PCR检测JsPMK基因在茉莉花开放过程中的表达情况。【结果】克隆获得的JsPMK基因(GenBank登录号为MH311042)全长1951 bp,包含1518 bp完整的开放阅读框(ORF),共编码505个氨基酸,其编码蛋白定位于细胞质,为稳定的非分泌蛋白。JsPMK蛋白含有GHMP激酶N端保守区和C端保守区,且在N端保守区含一个ATP结合位点Gly-X-Gly-XX-Ala。JsPMK蛋白与野生油橄榄、芝麻、丹参和番茄的PMK蛋白氨基酸序列相似性均较高(在80%以上),其中与野生油橄榄亲缘性最近,表明不同植物PMK蛋白高度保守。JsPMK基因在未开放(18∶00)时表达量最低,随着茉莉花逐渐开放,JsPMK基因表达量极显著上升(P<0.01,下同),在20∶00达最大值,随后表达量极显著下降。【结论】JsPMK基因表达可能受生物钟调控,在茉莉花萜类化合物合成和香气释放中发挥重要的调控作用。

阳春砂磷酸甲羟戊酸激酶的基因克隆与表达谱分析

目的：为了了解阳春砂磷酸甲羟戊酸激酶（PMK）的功能与表达特性，根据阳春砂的转录组注释设计引物，PCR 克隆阳春砂甲羟戊酸途径中的关键酶磷酸甲羟戊酸激酶基因的编码区 cDNA，使用生物信息学方法对其编码的蛋白进行相似性检索及同源序列比对，构建进化树，预测二级及三级结构并分析其功能，探索其各器官中的表达差异．结果：获得了全长1539 bp 的编码阳春砂 PMK 的 cDNA 序列，命名为 AvPMK （GenBank 登录号：KF569902），编码由512个氨基酸组成的磷酸甲羟戊酸激酶，该蛋白含有 GHMP 激酶超家族特异的 N －保守区域、C －保守区域和 ATP 结合位点 Gly-X-Gly-XX-Ala．AvPMK 与其他植物的 PMK 氨基酸相似性达61％～69％，进化树结果显示其与二穗短柄草（Brachypodium distachyon）等单子叶植物具有较近的亲缘关系．AvPMK 蛋白包含14个α-螺旋（Alpha helix），占37.1％；16个β链（Beta strand），占15.6％；32个无规则卷曲结构，占47.3％，无跨膜结构域，其3级结构含有一个催化反应的口袋状结构域．实时荧光定量 PCR 结果显示 AvPMK 基因在叶中表达量较高，茎、根中表达量相对较低．结论：首次从阳春砂仁中扩增磷酸甲羟戊酸激酶的基因片段，为分析其基因表达特性及其在砂仁萜类生物合成中的功能奠定基础．

蛹虫草磷酸甲羟戊酸激酶和焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶基因的功能分析

【目的】确定蛹虫草甲羟戊酸途径中的2个关键酶——磷酸甲羟戊酸激酶(CmErg8)和焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶(CmErg19)的功能及其对麦角甾醇和虫草素含量的影响。【方法】通过生物信息学分析鉴定蛹虫草中CmErg8和CmErg19,并采用酵母互补确定其功能是否保守;以蛹虫草尿嘧啶营养缺陷型CmΔpyrG为背景菌株,利用农杆菌介导的转化方法对CmErg8和CmErg19进行过表达,观察其对麦角甾醇和虫草素含量的影响。【结果】CmErg8和CmErg19不能互补酵母erg8和erg19突变体的温度敏感表型;CmErg8和CmErg19过表达菌株中麦角甾醇和虫草素含量均有所增加,特别是CmErg19基因过表达可以使虫草素含量提升5倍左右。【结论】本研究揭示了蛹虫草CmErg8和CmErg19的功能,并且发现蛹虫草麦角甾醇合成通路基因可能会影响虫草素含量。

独行菜磷酸甲羟戊酸激酶LaPMK基因克隆、生物信息学分析及原核表达

目的从独行菜Lepidium apetalum中克隆萜类合成途径关键酶磷酸甲羟戊酸激酶(phosphomevalonate kinase,PMK)基因,进行序列分析和原核表达。方法根据独行菜转录组数据中La PMK基因序列设计特异性引物,克隆得到La PMK基因的开放阅读框(open reading frame,ORF),构建p ET32a-La PMK原核表达载体,在大肠杆菌BL21(DE3)中用IPTG诱导表达La PMK融合蛋白。结果 La PMK基因ORF全长为1 518 bp(Genbank注册号KT004541),编码505个氨基酸。生物信息学分析结果显示La PMK蛋白没有跨膜区,不含信号肽,位于细胞质中,含有GHMP激酶家族特异的N末端和C末端的保守结构域。系统进化树结果显示La PMK蛋白与芜菁的PMK蛋白具有92%的序列相似性,亲缘关系较近。构建p ET32a-La PMK原核表达载体,在大肠杆菌中成功表达La PMK融合蛋白。结论克隆了La PMK基因,建立其稳定的原核表达体系,为La PMK蛋白纯化、抗体的制备,进一步研究La PMK基因在独行菜萜类合成途径中的作用奠定了基础。

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。