绿豆R2R3-MYB转录因子家族鉴定及其类黄酮合成调控基因的筛选

R2R3-MYB转录因子家族在植物次生代谢物合成、胁迫应答和生长发育等生命过程起着重要的调控作用。本研究基于生物信息学鉴定了绿豆(Vigna radiata L.)全基因组水平的R2R3-MYB转录因子,并对其理化性质、系统进化、染色体定位、启动子顺式作用元件及基因结构做了预测分析;此外,转录组数据和实时荧光定量PCR(QuantitativeReal-timePCR,RT-PCR)分析该转录因子在不同组织、逆境胁迫下的表达模式;并基于相关分析及蛋白互作网络,筛选到可能参与调控绿豆类黄酮生物合成的R2R3-MYB成员。结果表明,共鉴定到168个R2R3-MYB成员,其中145个分布于11条染色体, 23个成员染色体信息未知;大多数R2R3-MYB含有3个外显子,编码99~1645个氨基酸,均为亲水性蛋白;系统进化将绿豆R2R3-MYB基因家族分为30个亚组(V1~V30),不同亚组成员的基因结构存在差异;共线性分析表明,片段复制事件均进行了纯化选择;启动子顺式作用元件分析表明,绿豆R2R3-MYB基因启动子区含有大量激素响应、胁迫响应及少量的类黄酮合成响应等元件;基因表达分析表明,在叶片、叶柄、下胚轴和籽粒种皮中表达量较高的成员分别占15.5%、16.1%、16.1%和10.7%。RT-PCR分析发现,几乎所有的R2R3-MYB家族成员在低温胁迫下的相对表达量显著下调,不同成员对逆境胁迫有不同的响应模式。蛋白互作与相关性分析可知,VrMYB6、VrMYB77、VrMYB93这3个基因可能参与了绿豆类黄酮生物合成的调控。

蓝粒小麦花青素合成途径中的查尔酮合酶基因和类黄酮3＇5＇-羟化酶基因3＇末端的克隆和表达分析

采用RT-PCR和RACE方法从蓝粒小麦(Triticum aestivum L.×Thinopyrum ponticum(Podp.)Z.W.Liu et R.R.-C.Wang)发育种子中克隆到两个查尔酮合酶基因(TaCHS.tl，TaCHS．wl)，分别编码394个氨基酸，二者核苷酸和氨基酸序列的同源性分别为96．0％和98．9％；而且克隆到一个类黄酮3'5’．羟化酶基因(F3'5'H)3’-末端。分别从长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum(Podp．)Z．W．Liu et R．R．-C．Wang)、蓝粒小麦、白粒小麦和中国春基因组中分离到查尔酮合酶基因(CHS)的全长序列(ThpCHS.tg TaCHS．wg，TaCHS．csg)，它们的核苷酸序列之间具有很高的同源性，且均含有一个内含子(intron)，序列差异主要在内含子。通过DNA序列比较，发现一个CHS与亲本之一的长穗偃麦草基因组同源性达100％，一个CHS与另一白粒亲本基因组同源性达99％，表明来自于父、母本的CHS在蓝粒发育的种子中均表达。Southerm杂交结果表明CHS在小麦中的拷贝数至少有4个，不同颜色的蓝粒小麦、白粒小麦间拷贝数基本一致，但都与长穗偃麦草有差异，根据以上结果初步判定CHS在蓝粒小麦中属于一个多基因家族。Reverse Northern分析表明CHS在开花后15d发育的蓝粒小麦中具有较强的表达；花后21d F3'5'H和DFR的转录本积累显著高于CHS，基本上检测不到CHS的表达。这三个基因在蓝粒小麦中的表达顺序与其他植物花青素合成途径中的基因表达次序一致：ChS先于F3'5'H，F3'5'H先于DFR。实验还表明F3'5'H和DPR在幼叶中表达也较强，CHS仅在发育种子中表达，具有组织特异性。花后21d，F3’5’H在白粒、蓝粒小麦和中国春种子中均强烈表达，蓝粒小麦CHS和DFR转录本比白粒小麦多。因此，认为在蓝粒小麦中存在花青素生物合成途径，在蓝色色素形成过程中，该途径中的结构基因受到调节基因的调控。

植物类黄酮的分类、药理活性及其生物合成调控研究进展

类黄酮是植物中重要的次生代谢产物之一,包括黄酮、黄酮醇、异黄酮、黄烷酮、黄烷醇、查尔酮、花青素和原花青素等,在植物生长发育和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用,同时具有抗氧化、抗衰老、抗菌消炎等药理活性。植物类黄酮的生物合成主要受两类基因控制,一类是直接编码类黄酮合成相关生物酶的结构基因,另一类是调控这些结构基因表达的转录因子。本文对植物类黄酮的种类、药理活性及其生物合成调控研究进展进行了综述,并探讨了今后的研究趋势,以期为植物类黄酮的研究和开发应用提供科学依据。

植物类黄酮生物合成途径及重要基因的调控

类黄酮是一类广泛存在于植物中的多酚类次生代谢产物,具有抗氧化、抗炎、抗病毒、调节机体免疫力等多种功效,从而可以预防癌症、冠心病、中风等疾病,同时还具有抗衰老的作用。因此,类黄酮被人们称为"植物营养素"。丰富的类黄酮种类和生物活性已使其成为世界保健品研究的热点和重点之一,本文比较详细地总结和阐述了类黄酮生物合成途径及重要基因的调控机制,使我们能够深入和全面地认识类黄酮,对从分子水平上研究和调节类黄酮的合成具有重要的意义。

类黄酮及茶儿茶素生物合成途径及其调控研究进展

类黄酮化合物是植物的次生代谢产物,广泛分布于植物界且具有较强的生物活性。儿茶素是主要的类黄酮化合物之一,其含量占茶树鲜叶干重的12%～25%。作为茶叶的主要风味物质,儿茶素还具有抗氧化、抗诱变与防癌、抗心血管疾病、抗紫外线辐射等功能。本文从类黄酮及茶儿茶素的生物合成途径、组织化学定位、合成调控措施等方面,综述有关茶树儿茶素的生物合成代谢及其调控的研究进展,旨在为茶儿茶素生物合成的基因调控、代谢工程提供新的思路。

红麻HcKAN4基因克隆、表达及在类黄酮合成中的功能

MYB类转录因子KAN4(KANADI4)在红麻类黄酮合成和纤维发育中发挥着重要作用。本研究以红麻品种‘福红952’为材料,对HcKAN4基因进行克隆和表达模式分析,探讨TRV-VIGS诱导该基因沉默对类黄酮合成途径中关键酶基因表达量改变的影响。基因克隆显示,HcKAN4基因开放阅读框(open reading frame,ORF)全长为966 bp,编码322个氨基酸,包含一个MYB保守结构域。进化树分析发现,其与拟南芥和木槿KAN4s的亲缘关系较近。表达分析表明,该基因在红麻不同组织中均有表达,且转录水平随着植物生长而递增。VIGS诱导基因沉默显示,6株HcKAN4的转录水平显著下调,达到基因沉默效果。进一步实时荧光定量PCR检测发现,类黄酮合成相关基因HcCHS、HcF3’5’H、HcANS、HcANR的转录水平显著下调,分别是对照组的0.51、0.14、0.23、0.11倍,表明HcKAN4基因可调控红麻类黄酮生物合成相关基因。这些结果为阐明红麻MYB转录因子调控类黄酮合成提供了依据,同时为改善纤维品质提供了研究思路。

黑桫椤多器官全长转录组分析及类黄酮生物合成结构基因的挖掘

黑桫椤(Gymnosphaera podophylla Dalla Torre&Sarnth.)为著名的孑遗蕨类,具有很强的环境适应能力,然而其适应性机制尚不清楚。本研究采用PacBio和Illumina技术对黑桫椤的根、羽轴和羽片进行转录组测序,分别生成12879、14185和16084个全长unigenes。基因表达分析结果表明,与黑桫椤抗干旱、缺水胁迫和生物胁迫相关的基因表达水平较高。根、羽轴和羽片特异性上调基因均显著富集到KEGG代谢通路中的“苯丙烷生物合成途径”,根和羽轴的器官特异性上调基因还显著富集到“类黄酮生物合成途径”。共有192个全长unigenes被注释为类黄酮生物合成途径所涉及的13个酶结构基因,其中包括112个差异表达基因(DEGs),表明黑桫椤类黄酮生物合成途径较为保守,且存在器官特异性差异表达基因。本文对黑桫椤多器官全长转录组和类黄酮生物合成途径结构基因进行了综合分析,为进一步研究其对环境的适应性提供了丰富的遗传资源。

不同花色洋紫荆花瓣花青素和类黄酮物质组成和含量的变化

本研究选择3种不同花色的洋紫荆(Bauhinia variegata L.)为实验材料,应用LC-MS/MS技术分析花青素和类黄酮物质,比较不同花色洋紫荆之间的差异。结果显示,洋紫荆有53种花青素和340种类黄酮物质。不同花色洋紫荆花瓣中的花青素差异较大,紫红色花中的锦葵色素-3-O-半乳糖苷、锦葵色素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-半乳糖苷等含量较高,粉红色花中的飞燕草素-3-O-对香豆酰葡萄糖苷、锦葵色素-3-O-槐糖苷、矮牵牛素-3-O-对香豆酰葡萄糖苷、锦葵色素-3-O-桑布双糖苷-5-葡萄糖苷等含量较高,白色花中的天竺葵素-3-O-对香豆酰葡萄糖苷等含量较高。白色花中几乎不含天竺葵素-3-O-桑布双糖苷、天竺葵素-3-O-槐糖苷、飞燕草素-3-O-桑布双糖苷等。紫红色花中几乎不含飞燕草素-3-O-槐糖苷。不同花色洋紫荆花瓣中的类黄酮差异较大,粉红色花中的芍药花素-3-O-葡萄糖苷、芍药花素-3,5-O-二葡萄糖苷、金圣草黄素-7-O-芸香糖苷-5-O-葡萄糖苷、异牡荆素-7-O-(6’’-芥子酰)葡萄糖苷等含量较白色、紫红色花高。

一个类黄酮3'-羟化酶参与多星韭花色素生物合成的功能解析

类黄酮3'-羟化酶(F3'H)在花色素苷生物合成过程中起关键作用。明确多星韭F3'H在花色素苷生物合成中的功能,将为多星韭花色形成及改良研究提供基因资源。基于转录组数据从多星韭花朵中克隆获得AwF3'H,并对其进行生物信息学分析,利用Real time PCR对AwF3'H1的表达模式进行分析,并利用蘸花法将AwF3'H转入拟南芥中,同时对转基因植株进行表型观察及花色素苷检测分析。结果表明,Aw F3'H的ORF全长为1545 bp,编码514个氨基酸,属于细胞色素P450家族成员,与洋葱AcF3'H的亲缘关系最近;在所检测组织均有表达,但在雄蕊中表达最高,根中表达最低;与野生型拟南芥相比,转AwF3'H拟南芥T2代幼苗子叶及下胚轴颜色明显加深,矢车菊素与天竺葵素类花色苷积累量显著增加。表明AwF3'H具有类黄酮3'-羟化酶的功能。

长江大学许锋教授团队 揭示IncRNA调控银杏类黄酮合成的分子机制

近日,长江大学园艺园林学院许锋教授团队在Plant Science在线发表了题为"Thelongnoncoding RNAs Inc10 and Inc11 regulating flavonoid biosynthesis in Ginkgo biloba"的研究论文,揭示了Inc10和Inc11调控模块调节银杏类黄酮合成的新机制。尽管有关银杏类黄酮生物合成的研究较多,但大多数都集中在结构基因和转录因子调控类黄酮合成的分子机制上,而有关IncRNA对银杏类黄酮合成生物学功能的研究报道很少。前期研究发现银杏中lnc10和Inc11等IncRNA可能参与类黄酮的合成,但是,其调控机制尚不清楚。

异黄酮的生物合成途径及其调控

异黄酮是一类次级代谢产物,大多存在于豆科植物中,是苯丙烷类代谢途径的一个分支。异黄酮生物合成的关键酶包括苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮合酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、异黄酮合酶(IFS),能够在转录和转录后水平对异黄酮的生物合成进行调控,在转录水平上诱导它的生物合成的因素包括代谢工程的方法、光照、昼夜规则、茉莉酮化合物等。在豆科植物中提高异黄酮的产量和在非豆科植物中产生异黄酮将对农业和食品业产生重大的影响。

银杏叶类黄酮合成代谢与叶中有关成份关系的研究

对银杏极短枝叶片中类黄酮、水分、干物重、淀粉、可溶性糖、可滴定酸含量及pH值全周期测定 ,结果表明 :叶中类黄酮含量在 7月 4日、11月 1日出现高峰 ;在相关与偏相关分析中 ,叶类黄酮与叶中含水量、可滴定酸均呈显著负相关 ,与淀粉、可溶性糖之间相关达不到显著水平 ,但在 8月初至 11月底 ,叶类黄酮与可溶性糖、淀粉之间有极显著的负相关关系 ,其后期可溶性糖浓度与叶类黄酮含量关系更加密切 ;叶类黄酮与pH值呈极显著抛物线正相关。对叶中类黄酮与光合产物、水分及干物重。

大豆类黄酮生物合成关键酶CHS基因的克隆及表达分析

根据查尔酮合成酶(CHS)基因DNA序列的保守区域设计了PCR引物,通过RT-PCR扩增从大豆叶片中克隆出3个参与类黄酮合成的CHS基因,分别命名为GmCHS1、GmCHS2和GmCHS3。在大豆基因组数据库进行同源比对,发现这3个基因分别与大豆基因组上Gm08g11610、Gm05g28610和Gm08g11520相对应,DNA序列一致性达95%～98%,推导氨基酸序列一致性达98%以上。进化分析显示,大豆中3个CHS蛋白与决明、菜豆CHS蛋白亲缘关系较近。表达分析显示,这3个基因在不同品种间有表达水平的差异,这可能是不同大豆品种中类黄酮含量不同的重要原因之一。

植物类黄酮生物合成的分子调控

类黄酮是一类重要的多酚类次生代谢物,在植物中分布广泛,具有抗菌、抗氧化等重要功能。围绕类黄酮生物合成,概述了类黄酮合成途径中的重要基因以及生物合成调控的分子机制等方面的研究进展,以期从分子角度为提高类黄酮合成提供一定的理论基础。

‘早酥’梨及其红皮芽变‘红早酥’梨类黄酮组分变化与合成模式研究

【目的】探讨不同发育时期‘早酥’梨及其红皮芽变‘红早酥’梨果皮类黄酮组成与合成模式。【方法】以‘早酥’梨与芽变‘红早酥’梨不同发育时期的果实为材料,通过HPLC-MS2法测定其果实发育过程中类黄酮组分的含量变化,通过实时荧光定量PCR测定相关合成基因表达水平的变化。【结果】‘早酥’梨和‘红早酥’梨果皮类黄酮组分与含量差异较大,差异主要集中在黄酮醇、原花青素和花青苷代谢支路。2个品种果实自然发育过程中的类黄酮积累模式基本一致,以酚酸、原花青素、黄酮醇和花青苷为主的多数类黄酮组分的合成高峰位于果实发育早期,随着果实发育成熟,酚酸类物质含量呈现不断下降趋势,大部分原花青素、花青苷和黄酮醇类物质在果实膨大期后含量维持稳定。‘早酥’梨葡糖糖苷类黄酮、原花青素组分儿茶素和原花青素B2在果实成熟期出现第二个积累高峰。类黄酮合成高峰期,大多数类黄酮合成基因表达水平达到峰值。果实发育后期,下游类黄酮合成基因DFR、ANR、ANS和UFGT表达量相应提高。【结论】‘红早酥’梨果皮比‘早酥’梨果皮含有更多类黄酮物质,特别是类黄酮糖苷衍生物的种类更为丰富,含量也显著升高。‘红早酥’梨和‘早酥’梨果皮中的类黄酮合成高峰均位于果实发育早期。随着果实的发育,‘红早酥’成熟果皮中类黄酮组分含量虽有下降,但仍含有较高水平的原花青素和类黄酮糖苷类衍生物。

花生不同品种叶片类黄酮含量和相关合成酶活性对PEG胁迫的响应

以花生品种花17、农大818、丰花5号和山花11号为试材,聚乙二醇(PEG)室内砂培法模拟干旱胁迫,研究20%PEG胁迫下花生幼苗叶片中类黄酮含量及相关合成酶活性的变化。20%PEG开始处理后,随胁迫时间延长,幼苗叶中类黄酮含量逐步上升,在胁迫9h达到高峰,之后逐步下降至对照水平,农大818、丰花5号和山花11号均在处理后72h降至对照水平,花17在36h降至对照水平。PEG开始处理后苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)酶活性均逐渐提高,6h后CHS、CHI酶活性达到高峰,9h后PAL酶活性达到高峰,之后下降,4个品种趋势一致。分析表明PEG处理后山花11号和丰花5号的合成酶具有较高的活性和积累速率是其类黄酮快速大量合成的原因,而农大818 CHS酶活性和PAL酶活性提高速率较低限制了其类黄酮的积累,3种酶的活性和积累速率均较低导致花17叶中类黄酮合成少,含量提高慢。相关分析表明PEG胁迫下PAL、CHS、CHI共同调控类黄酮的代谢,胁迫引起PAL、CHS、CHI酶活性改变是类黄酮含量变化的原因。

黄黑籽甘蓝型油菜类黄酮途径基因SNP位点检测分析

类黄酮物质在植物花、叶、果实和种子颜色变化的过程中起着至关重要的作用，本研究以不同黄黑籽种皮材料为研究对象，采用基因同源克隆方法，获得17个类黄酮基因全长ORF序列，在核酸和蛋白水平上分别序列差异比较表明，这些基因在不同黄黑籽材料中共存在41个不同拷贝成员。在核苷酸水平上，检测到 BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2的单核苷酸位点数目介于16-52之间，且BnTTG2在3个不同的位置上还存在多个碱基的连续性缺失现象（119-121 bp、183-189 bp和325-330 bp），但在蛋白水平上仅存在2-16个氨基酸位点差异，说明BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2在不同甘蓝型黄黑籽材料中存在单核苷酸位点差异，而单核苷酸位点突变不一定导致氨基酸位点的变异。在不同黄黑籽材料中仅BnTT3和BnTT18存在一致性的氨基酸突变位点（252和87），推测BnTT3和BnTT18可能在黄黑籽甘蓝型油菜种皮颜色差异形成过程中发挥至关重要的作用。通过这些位点的等位特异PCR可以区分材料间透明种皮基因，为特异基因芯片的开发及阐明甘蓝型油菜种皮色泽性状的基因及其作用位点奠定基础。

不同红梨果皮类黄酮合成基因表达模式分析

采用半定量和荧光定量PCR方法,分析10个类黄酮合成基因在梨品种‘红星’和‘满天红’成熟果皮中的转录特性以及光照对基因表达的影响。结果表明:‘满天红’花色苷合成上游基因(CHS、CHI)的表达量高于‘红星’,而下游基因(F3 H、DFR、ANS)以及黄酮醇(FLS)和原花色素(LAR、ANR)合成相关基因的表达量却正好相反。套袋去除光照可使所有被检测基因的转录水平降低,F3GT和FLS最明显,表达量差异达20～30倍以上,且套袋‘红星’中PAL、F3 H、DFR、ANS、LAR、ANR基因的表达量仍高于不套袋‘满天红’。研究认为,花色苷合成下游基因转录水平的差异是2个红色梨品种间着色不同的主要原因,而F3GT是光照调控‘红星’着色的关键基因。

外源茉莉酸甲酯(MeJA)对大豆异黄酮合成途径的影响

大豆异黄酮是一类具有重要保健功能的酚类次级代谢物,是大豆品质的重要指标之一。提高大豆中的异黄酮含量对大豆品质的改良有重要意义。试验利用外源茉莉酸甲酯作为诱导物对田间栽培的大豆进行叶面喷施,上调大豆异黄酮合成途径提高大豆中异黄酮的含量并分析种子成熟过程中异黄酮合成途径的动态变化。研究表明,外源茉莉酸甲酯通过提高籽粒中苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活力、前体物—色氨酸含量来提高黄豆苷元、染料木黄酮、总异黄酮的合成;在0～600μmol·L-1的喷施浓度范围内,450μmol·L-1是最适浓度。450μmol·L-1的茉莉酸甲酯处理后所收获的大豆种子中黄豆苷元的含量比对照提高了21.5μg·g-1,染料木黄酮的含量比对照提高了5.1μg·g-1,总异黄酮的含量比对照提高了960μg·g-1。在大豆种子成熟过程中,籽粒中的苯丙氨酸解氨酶的活力呈低-高-低的单峰曲线;色氨酸呈由低-高的变化趋势;黄豆苷元,染料木黄酮的含量呈低-高-低-上升的趋势,总异黄酮的含量呈由低-高的变化趋势。