茶树类黄酮3′-羟化酶基因的克隆与表达特性分析

类黄酮3′-羟化酶(Flavonoid 3′-hydroxylase,F3′H)是细胞色素P450酶家族(Cytochrome P450,CYP450)的单加氧酶,在植物次生代谢和逆境调控方面起着重要的作用。本实验以茶树品种龙井43作为试验材料,利用RT-PCR方法,从c DNA中克隆得到茶树中编码类黄酮3′-羟化酶基因,命名为Cs F3′H1。序列分析显示,Cs F3′H1基因开放阅读框为1 530 bp,编码509个氨基酸,含有相对保守的P450酶系结合域。进化树分析表明,Cs F3′H1与Cs F3′H3的进化树关系相近,与Cs F3′H2的进化树关系较远。序列多重比对显示,Cs F3′H1蛋白具有F3′H蛋白的特征基序,并与高粱、猕猴桃、杨树、拟南芥和葡萄同源蛋白一致性为66.48%。氨基酸组分、理化性质、亲水性/疏水性和无序化分析显示,Cs F3′H1是亲水性蛋白,无序化特征不明显。利用实时荧光定量PCR对Cs F3′H1基因在茶树不同组织和不同激素处理下的表达谱进行检测,结果显示:不同组织中,Cs F3′H1基因的表达水平在第一叶中最高,之后随着叶片的成熟逐渐下降,Cs F3′H1基因在老叶和根中几乎不表达,表达水平从高到低依次为第一叶>第二叶>第三叶>第四叶>嫩茎>根>老叶;在不同激素处理中,Cs F3′H1在SA激素处理下的表达量最高,为对照的2.24倍,在Me JA处理下表达量最低,为对照的0.43倍。

紫茎泽兰类黄酮3′-羟化酶在烟草中的表达

【目的】研究紫茎泽兰F3′H在次生代谢途径中的功能。【方法】构建了F3′H过表达载体,并将其转入烟草体内,进一步通过半定量RT-PCR和Real-timePCR检测F3′H的表达情况。【结果】F3′H在烟草体内能正常表达,但在开花后则受到抑制,表现为转F3′H烟草花色较野生型变淡,F3′H表达量低于野生型表达量。【结论】F3′H与次生代谢途径中花色素的形成密切相关,且转入烟草体内时,其表达与烟草内源基因表达相互影响,导致烟草的花色变淡。

紫茎泽兰类黄酮3′-羟化酶基因的克隆、序列分析和原核表达

用基因特异引物对紫茎泽兰F3'H基因进行PCR扩增、T-A克隆及测序,采用DNAMAN 5.0和MEGA 3.0等生物信息学软件进行序列分析,并对F3'H基因的组织表达特性及原核表达产物进行了分析。结果表明紫茎泽兰F3'H基因cDNA全长为1722 bp(GeneBank登录号EF137714),编码570个氨基酸,与翠菊、大豆和非洲菊F3'H基因的氨基酸序列同源性分别为64.4%,57.3%和54.5%。Southe(?)杂交表明该基因为单拷贝。Northe(?)杂交表明F3'H基因在紫茎泽兰叶中表达量最高,且其表达受泽兰酮诱导。SDS-PAGE电泳表明F3'H基因经IPTG诱导后在大肠杆菌中能表达56.8 kDa的目的蛋白。

高丛蓝莓类黄酮3′-羟化酶基因F3′H的克隆及表达特性分析

以高丛蓝莓(Highbush blueberry)"喜来(Sierra)"和"日出(Sunrise)"为研究材料,通过RACE(rapid amplification of c DNA end,RACE)技术获得蓝莓(Vaccinium ssp.)F3′H基因的全长c DNA序列,并使用生物信息学工具对该基因编码蛋白的氨基酸组成及理化性质、二级和三级结构,以及氨基酸序列的相似性等进行了预测和分析。利用荧光定量PCR(RT-q PCR)手段来检测其在蓝莓果实不同发育时期表达情况。结果表明:Vs F3′H全长c DNA为1 871 bp,编码530个氨基酸,蛋白相对分子质量为58.33 k D,理论p I值为7.32;蛋白疏水性指数为0.004,属于疏水性蛋白,二三级结构预测可知其富含α-螺旋和无规则卷曲。RT-q PCR发现Vs F3′H主要在果实发育前期表达量较高,蓝果期表达量明显下调,且在不同品种中以蓝果期的表达量差异显著。这些研究结果为解析蓝莓果实色泽发育及果树分子育种奠定了理论基础。

芸薹属类黄酮3′-羟化酶基因家族RNA干扰载体的构建

目的:构建芸薹属类黄酮3′羟化酶(F3′H)基因家族的RNAi载体。方法:采用PCR克隆了607bp的芸薹属F3’H基因家族的RNAi片段,将其反义片段、正义片段分别采用NcoⅠ+AatⅡ、BamHⅠ+XbaⅠ插入到改进型植物RNAi基础载体pF-GC5941M的启动子与间隔区、间隔区与终止子之间,形成11366bp的重组载体pFGC5941M-BF3′HI(简称为pBF3′HI),复合PCR鉴定后转化根癌农杆菌,获得工程菌株。结果:载体构建成功。结论:构建了RNAi载体pBF3′HI,可用于芸薹属植物花色、种皮色泽、茎叶色彩等性状的机理研究和遗传修饰。

海南龙血树类黄酮3′-羟化酶基因(DcF3′H)的克隆与表达分析

类黄酮3′-羟化酶(Flavonoid 3′-hydroxylase,F3′H)是植物黄酮类化合物骨架修饰途径中的关键酶之一,在形成结构多样化的黄酮类化合物中起重要作用。在前期已获得的龙血树转录组数据基础上克隆了1个海南龙血树F3′H基因,命名为DcF3′H。DcF3′H含有的开放阅读框长1 533 bp,编码510个氨基酸。推导的DcF3′H分子量为58 ku,等电点p I为6.59。DcF3′H含有细胞色素P450的保守结构域和CYP基序,与甘蔗、玉米、猕猴桃、小麦、烟草、黄瓜和大豆等植物的F3′H同源性分别为76%、75%、77%、74%、75%、76%和75%。进化树分析表明,DcF3′H与中国水仙亲缘关系较近,与苜蓿和鹰嘴豆的亲缘关系较远。荧光定量表达结果显示:DcF3′H在根、茎、叶、花和果等组织中均有表达,其中在花中表达量最高,根中表达量最低;无机盐诱导剂处理能显著提高DcF3'H的表达量,处理3 d时DcF3′H的表达量提高了5.58倍。此结果将为进一步研究海南龙血树类黄酮3′-羟化酶基因的功能奠定基础。

鲜切荸荠类黄酮3’-羟化酶分离纯化及其动力学性质

以鲜切荸荠为材料,通过p H 7.5 Tris-HCl缓冲液浸提得到类黄酮3’-羟化酶(flavonoid 3′-hydroxylase,F3’H)粗酶液,然后采用硫酸铵分级沉淀、透析、二乙氨乙基(dicthylaminoethyl,DEAE)-纤维素离子交换层析及Sephadex G-100凝胶过滤层析进行分离纯化,最终所得纯化酶的纯化倍数达到14.01,比活力提高到478.49 U/mg,回收率为6.38%。通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)进行纯度鉴定,已达到电泳纯,测定得到其分子质量约为53.09 k D。纯化酶F3′H的最适温度为30℃,最适p H值为7.5;以柚皮素作为底物,测得该酶的米氏常数(K_m)为1.08 mmol/L,最大反应速率(v_(max))为416.67 U/(min·m L);对于酶活性,高浓度的Na+表现出微弱的抑制作用,Ca^(2+)和柠檬酸具有强烈的抑制作用,而Fe^(2+)、Mg^(2+)、NADPH和VC却表现出强烈的激活作用。

紫色马铃薯类黄酮3',5'-羟化酶基因(StF3'5'H)的克隆及分析

类黄酮3',5'-羟化酶(flavonoid 3',5'-hydroxylase,F3'5'H)是植物花青素生物合成途径中的一个关键酶,紫色土豆(Solanum tuberosum)F3'5'H基因的克隆将为花青素合成调控和花青素代谢工程研究提供优质基因资源。研究采用RACE技术克隆了紫色土豆F3'5'H基因的cDNA全长序列,用生物信息学方法对其核苷酸和蛋白质序列进行了分析,并用半定量PCR技术分析了F3'5'H基因在不同组织中的表达情况,同时研究了赤霉素和蔗糖处理后F3'5'H基因表达与花青素积累之间的相关性。研究结果表明,克隆的紫色土豆F3'5'H的cDNA全长为1854 bp,包含一个1530 bp的完整ORF,共编码509个氨基酸。生物信息学分析表明,StF3'5'H基因推测编码的氨基酸序列与其它植物的F3'5'H蛋白的相似性很高。StF3'5'H基因的表达具有组织特异性,在紫色土豆根、茎和叶柄中都有表达,其中在叶柄中表达最强,而在块茎、叶轴和叶片中几乎检测不到StF3'5'H基因的表达。赤霉素和蔗糖能促进紫色土豆StF3'5'H基因的表达,进而促进花青素的积累。

藤茶黄烷酮3-羟化酶基因AgF3H的克隆及表达分析

该研究以藤茶叶片为材料,利用RACE技术克隆得到1个黄烷酮-3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)基因,命名为AgF3H(登录号为JX087441)。AgF3H基因的cDNA全长为1323 bp,其中开放阅读框长1092 bp,编码363个氨基酸,含有双加氧酶家族的2个特征性结构域和5个保守基序。序列比对与系统进化树分析显示,AgF3H与其他物种F3H的氨基酸序列具有较高的相似性,且与葡萄、山葡萄和圆叶葡萄的亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示,AgF3H基因在藤茶不同组织部位都有表达,在芽中的表达量最高,嫩茎中最低,在叶片中的表达量随着成熟度的增加而逐渐降低;不同组织中的AgF3H基因表达量与藤茶类黄酮主要成分二氢杨梅素的含量呈显著正相关。构建AgF3H基因过表达载体并导入烟草中,获得5株转基因植株,其中4株烟草的叶片总黄酮含量比野生型对照有不同程度提高,最高株系提高了26.8%。研究表明,AgF3H基因可能在藤茶类黄酮的生物合成中起重要作用,研究结果为进一步研究藤茶高黄酮含量形成的分子机制奠定了基础。

鹤望兰类黄酮3′,5′-羟化酶基因SrF3′5′H的克隆及表达分析

采用RT-PCR和RACE方法从鹤望兰黄色花萼中克隆到类黄酮生物合成途径关键基因SrF3′5′H。该cDNA全长1 766 bp,具有完整的开放阅读框(ORF),共1 509个碱基,编码503个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,SrF3′5′H编码的氨基酸序列与已报道的其他植物的F3′5′H蛋白具有很高的同源性。系统进化树分析显示,鹤望兰SrF3′5′H与非洲紫罗兰蛋白亲缘关系较近。应用半定量PCR分析表明,SrF3′5′H在始花期转录水平达到最高,且在蓝色花瓣中表达最高,在黄色花萼中几乎没有表达。

18种观赏植物F3′5′H基因生物信息学分析

采用生物信息学方法对18种观赏植物类黄酮-3′5′-羟化酶基因(flavonoid-3′5′-hydroxylase,F3′5′H)的mRNA和氨基酸序列的理化性质、跨膜结构域、保守结构域、亚细胞定位、二级结构、三级结构和同源性进行预测与分析。结果表明,绝大多数观赏植物的F3′5′H为亲水性稳定蛋白质,以α螺旋为主、无信号肽的跨膜蛋白质;大多数定位于内质网膜上;其三级结构模型为5ylw.1.A铁锈醇合成酶,为单链蛋白,属于细胞色素P450基因家族;同源保守氨基酸序列为“LPPGP”“AGTDTS”和“PFGAGRRICAG”。

高等植物F3′HcDNA及其氨基酸序列的生物信息学分析

用生物信息学方法对GenBank中拟南芥、油菜、大豆、矮牵牛和高梁等的类黄酮3′-羟化酶基因的cD-NA序列及其编码氨基酸序列的结构、理化性质、信号肽、疏水性/亲水性、亚细胞定位、跨膜结构域、功能域和进化关系进行了初步预测和分析。结果表明:不同植物类黄酮3′-羟化酶基因cDNA序列的相似性为69.5%,其起始密码子均为ATG,终止密码子均为TAA、TAG或TGA,包括5,′3′非翻译区和一个开放阅读框;不同植物类黄酮3′-羟化酶基因cDNA序列编码的氨基酸序列的理化性质基本一致,相似性为72.5%,含有6段保守氨基酸序列,是"PPGR"、"AGTDT"、"RPPN"、"AYNY"、"IKALLL"、"TPLS";在进化关系上可划分为两大类;不同植物类黄酮3′-羟化酶具有一个跨膜结构域、定位于内质网上,并有一段与细胞色素P450功能区相匹配的功能域;类黄酮3′-羟化酶属具转运肽的亲水性稳定分泌蛋白,其二级结构为α-β型,α-螺旋和无规卷曲为最主要的结构元件,延伸链和β-转角散布于整个结构。可为类黄酮3′-羟化酶基因的克隆和遗传操作提供理论参考。

观赏海棠McF3′H的克隆及不同品种间表达差异分析

为了探究McF3′H基因与花色苷之间的关系,以苹果属观赏海棠‘王族’叶片总RNA为模板,通过RACE扩增,获得类黄酮3′-羟化酶(Flavonoid 3′-hydroxylase,F3′H)基因序列,其基因编码区共1 536bp,编码511个氨基酸,命名为McF3′H。McF3′H编码的氨基酸序列与其他物种的F3′H蛋白具有较高相似性。对3种不同叶色的观赏海棠品种‘火焰’、‘绚丽’和‘王族’叶片不同发育时期的McF3′H表达量、花青苷含量进行测定分析。结果表明McF3′H基因在3种不同叶色类型的观赏海棠品种叶片中均有表达,常色紫叶类‘王族’叶片McF3′H相对表达量明显高于新叶有色类‘绚丽’和绿色叶‘火焰’,McF3′H表达量与花色苷含量的变化规律较为一致。说明McF3′H在苹果属观赏海棠叶片花青苷代谢及色泽形成过程中具有重要作用。

彩斑突变体菊花CmF3′Ha基因及启动子的克隆与分析

该研究以菊花彩瓣突变体CQ17-mu为材料,利用RT-PCR克隆获得了类黄酮-3′-羟化酶基因(F3′H),该基因开放阅读框全长1527 bp,编码508个氨基酸,与已知的菊花CmF3′H相似性达到99%,故将其命名为CmF3′Ha。氨基酸序列分析表明,CmF3′Ha编码的蛋白具有保守的F3′H结构域,属于P450超家族。多重序列比对和系统发育分析表明,CmF3′Ha与其他菊花品种的F3′H亲缘关系最近。实时定量PCR分析显示,CQ17-mu花瓣中CmF3′Ha基因的表达水平显著高于CQ17的粉色花瓣,表明CmF3′Ha参与了CQ17-mu花瓣紫色条斑部位的花色素代谢。进一步利用染色体步移法克隆得到了CQ17-mu的F3′H基因上游1086 bp的启动子区序列,经分析显示,该序列中除包含TATA-box等核心启动子元件外,还包括多个MYB、MYC结合位点及多个光响应元件和激素应答元件。研究结果证明了菊花CmF3′Ha基因与植物花青素积累呈正相关,参与彩色条斑部分的花青素合成过程,为菊花的分子育种提供了理论依据。