（-）反式-4R（4-氟苯基）-3S-羟甲基-1-甲基哌啶的合成

亚磷酸三乙酯与氯乙酸乙酯进行缩合、重排、脱氯乙烷合成磷酸酯，再与对氟苯甲醛经Knoevenagel反应合成肉桂酸酯，肉桂酸酯与丙二酸二乙酯胺解合成的N-甲胺基羰基乙酸乙酯环合得到哌啶二酮，环化物用硼氢化钾复合还原剂还原得混旋帕罗醇，混旋体进行手性拆分得（4R，3S）-4-氟苯基-3-羟甲基-1-甲基哌啶目标物。选择car1#、cat2#、cat3#为各步催化剂，反应收率分别为89．1％，96．3％，86．5％，76．3％，87．2％，43．7％，总收率24．3％，比旋光度-36—38°，纯度大于99％。

铁皮石斛1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶基因的克隆与表达分析

目的从铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphatereductase,HDR]基因,并分析其在铁皮石斛不同组织中的表达差异以及不同信号分子诱导下的表达模式。方法采用RT-PCR和RACE等方法获得铁皮石斛HDR基因(Do HDR)全长,利用DNAMAN和MEGA6.0对其他物种的HDR基因编码的氨基酸序列进行同源性分析和进化关系分析,使用实时荧光定量分析HDR基因的表达模式。结果成功获得Do HDR基因,Gen Bank登录号为KC344827,全长1 658 bp,编码460个氨基酸,与其他科属植物的同源性达到80%以上。Do HDR基因在铁皮石斛叶片中表达量最高,从高到低依次是根、茎、原球茎;且受到脱落酸(abscisic acid,ABA)、水杨酸(salicylic acid,SA)信号分子的诱导。结论从铁皮石斛中获得Do HDR基因,为进一步阐明铁皮石斛萜类化合物合成途径中该基因的重要作用奠定了理论基础。

银杏1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶基因(hdr)转化银杏的研究

采用根癌农杆菌介导法,将来源于银杏(Ginkgo bilobaL.)的1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate reductase,HDR)基因(Gbhdr)转化银杏种子胚.通过潮霉素(10 mg/L)筛选,获得了8个抗性愈伤组织系,PCR检测表明其中有7个为转基因愈伤组织系.采用HPLC-ELSD法对其中4个独立转化系中的银杏总内酯含量进行了测定,结果显示转化系h-8中银杏总内酯含量相比非转基因系大幅提高,达到非转基因系的2.5倍.RT-PCR结果显示该4个转化系中Gbhdr的表达量相比非转基因对照都有不同程度地提高.

黄花蒿羟甲基丁烯基-4-磷酸还原酶基因克隆与功能研究

青蒿素是治疗疟疾的首选药物,定位于质体的MEP途径可为青蒿素在内的萜类物质的合成提供基本前体。羟甲基丁烯基-4-磷酸还原酶[hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate reductase,HDR]是MEP途径最后一个酶,催化HMBPP生成IPP和IPP的同分异构体DMAPP。本文克隆了黄花蒿HDR基因(Aa HDR2)并进行了相关功能研究。通过对Aa HDR2基因(Gen Bank:KX058541)和已报道的Aa HDR1基因(Gen Bank:ADC84348.1)表达分析结果表明:Aa HDR1和Aa HDR2在黄花蒿腺体中表达量均远高于在根、茎、叶和花中的表达量,而且Aa HDR2在花中的表达量要明显高于叶中;Me JA和ABA能够大幅度上调Aa HDR1和Aa HDR2的表达,而GA3仅能大幅度上调Aa HDR2的表达。据Aa HDR1和Aa HDR2的表达分析表明,Aa HDR2对青蒿素在内的萜类物质的生物合成贡献更大,因此用Aa HDR2进行后续的实验研究。生物信息学分析表明,Aa HDR2属于HDR家族,进一步采用功能互补在E.coli突变体MG1655ara<>HDR中证明Aa HDR2编码蛋白质的确具有HDR的功能。Aa HDR2亚细胞定位结果显示:Aa HDR2融合GFP蛋白特异性定位于叶绿体中,符合MEP途径定位于质体的事实。采用转基因技术在拟南芥中过表达Aa HDR2能显著性提高叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。因此,本文所克隆的Aa HDR2是利用代谢工程技术提高萜类物质生物合成能力的一个候选基因。

过表达HDR和ADS基因对青蒿素生物合成的影响

青蒿素是从草本药用植物黄花蒿(Artemisia annua L.)中分离提取的一种含有过氧桥基团结构的新型倍半萜内酯,它是世界卫生组织推荐治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的特效药物。本研究采用过表达青蒿素生物合成途径中关键酶基因的方法,培育出青蒿素含量提高的转基因黄花蒿。采用根癌农杆菌介导遗传转化方法,潮霉素抗性筛选获得同时转化HDR和ADS两个基因的转基因黄花蒿;通过基因组PCR检测确认获得了6个共转化HDR和ADS基因的转基因株系。实时荧光定量PCR检测基因表达量,结果表明转基因株系中HDR和ADS基因表达量均高于非转基因植株(仅ah3株系ADS基因表达量没有显著性提高);HPLC测定青蒿素含量结果表明转基因株系中青蒿素含量均高于非转基因植株。青蒿素含量最高的转基因株系ah70中青蒿素含量为非转基因对照的3.48倍。本研究实验结果表明,过表达HDR和ADS基因在黄花蒿的代谢途径中具有提高青蒿素含量的作用,为进一步利用代谢工程技术培育青蒿素高产转基因黄花蒿提供了良好基础。

黄花蒿HDS基因的克隆与功能分析

目的克隆获得黄花蒿MEP途径中必需关键酶——羟甲基丁烯基-4-磷酸合成酶基因(HDS),并进行生物信息学分析和功能互补分析研究。方法对已知的其他种子植物HDS基因的核苷酸序列进行多重序列比对,选取保守区域设计简并引物,利用同源扩增和cDNA末端快速扩增技术从黄花蒿中获得目的基因;利用BLAST进行序列比对,ORF Finder寻找开放阅读框,并用MEGA3.0中的临位相联法构建进化树。结果得到1条长2 324 bp的HDS cDNA序列,其ORF框长1 854 bp,编码617个氨基酸残基的蛋白;生物信息学分析显示,黄花蒿HDS基因AaHDS与其他种子植物来源的HDS高度同源;功能互补分析表明,AaHDS能互补突变菌株Escherichia coli MG1655 ara<>HDS中缺失的HDS功能,使突变菌株恢复生长,证明AaHDS具有典型的HDS基因功能。结论首次克隆获得黄花蒿HDS基因,为青蒿素的代谢工程研究提供相应的基础。

铁皮石斛HDS基因的克隆与初步表达分析

目的从铁皮石斛Dendrobium officinale中克隆4-羟基-3-甲基-2-E-丁烯基-1-焦磷酸合成酶(4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase,HDS)基因,在大肠杆菌中诱导融合蛋白,并探究该基因在铁皮石斛不同组织中的表达规律。方法采用RT-PCR和RACE等方法获取铁皮石斛HDS(Do HDS)的c DNA全长,利用相关软件和在线网站进行生物信息学分析,使用Real-Time PCR分析Do HDS在不同组织的表达特征,构建原核表达载体p ET-28a(+)-Do HDS,转化大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导表达。结果成功获得Do HDS的c DNA全长序列,Gen Bank登录号为KJ161312,全长2 666 bp,ORF为2 238 bp,编码745个氨基酸。Do HDS在各组织中均有表达,在茎中表达量最高,为原球茎的5倍;SDS-PAGE结果显示诱导产物为1个相对分子质量(82 700)与理论值相符的融合蛋白。结论克隆了Do HDS的c DNA全长序列,探究其在不同组织中的表达模式,建立了原核表达体系,为后续研究Do HDS的功能提供了一定的理论基础。

维药新塔花(Ziziphora bungena)zbHDS基因克隆及组织表达分析

对维药新塔花(Ziziphora bungena)萜类化合物生物合成途径中,关键酶1-羟基-2甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合成酶HDS基因克隆,进行组织表达特异性分析,为研究新塔花萜类化合物生物合成途径与基因调控提供基础。结合新塔花转录组数据库,根据编码区序列设计引物,通过RT-PCR方法对Z. bungena基因HDS (zbHDS)的编码区cDNA进行克隆,对其进行相关生物信息学分析,通过Real-Time进一步分析其组织表达特异性。RT-PCR扩增了一个长2 465 bp的zbHDS (登录号:MG065856)基因片段,含一个2 229 bp的开放阅读框,编码742个氨基酸。进化树分析结果显示,与丹参(Salvia miltiorrhiza)具有较近的亲缘关系。Real-Time PCR结果显示zbHDS基因在各器官中均有表达,在茎和叶中表达量较高,根和花中表达量相对较低。本研究首次从新塔花中克隆HDS基因并获得其编码区序列,zbHDS基因具有组织表达特异性,为进一步研究新塔花中萜类化合物生物合成途径提供数据支持。

龙骨马尾杉PcHDR1基因克隆及序列分析

该研究采用RT-PCR方法对龙骨马尾杉Phlegmarirus carinatus(Desv.)Ching 1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate reductase,HDR]基因Pc HDR1的编码区进行克隆并利用生物信息学方法进行序列分析。根据实验室已获得的龙骨马尾杉转录组数据,从中获得1条编码HDR的转录本,采用RT-PCR方法获得该基因的全长c DNA序列,所克隆的Pc HDR1基因编码区长为1 437 bp,编码478个氨基酸残基,Gen Bank登录号为JQ957845。Pc HDR1与银杏Ginkgo biloba的HDR序列同源性最高,达78%。生物信息学预测Pc HDR1蛋白没有跨膜区,具有Lyt B保守结构域,不含信号肽。该研究克隆并获得了龙骨马尾杉Pc HDR1基因的编码区序列,并对其编码的蛋白进行了序列分析及结构域预测,为进一步研究HDR的功能奠定基础。

卷叶贝母HDS基因的克隆与表达分析

为克隆卷叶贝母中编码生物碱合成相关的关键酶4-羟基-3-甲基-2-丁烯基焦磷酸合酶(4-hydroxy-3-methyl-2-butenyl pyrophosphate synthase,HDS)的开放阅读框,运用生物信息学和荧光定量手段对该基因进行分析。基于转录组测序结果,本研究首先通过PCR技术克隆获得卷叶贝母HDS基因(FcHDS)开放阅读框序列,并运用生物信息学方法对该基因进行分析,预测其编码蛋白的结构与功能,其次利用荧光定量PCR(RT-qPCR)检测Fc HDS基因在野生鳞茎和再生鳞茎(通过激素组合刺激获得的组织培养物)中的表达情况。经研究发现FcHDS ORF片段长度为2223 bp,编码740个氨基酸,并与NCBI上公布的油棕、凤梨、烟草、水稻等植物HDS蛋白具有较高的同源性;二级、三级结构预测发现FcHDS蛋白主要由α-螺旋构成;RT-qPCR与总生物碱含量测定实验表明FcHDS基因的表达水平与先前研究的总生物碱含量的变化趋势一致,均为再生鳞茎高于野生鳞茎,而且在根茎叶中都有表达,说明不具有组织特异性。FcHDS蛋白质特征区及同源性等生物信息学分析结合激素组合响应模式的分析结果证明FcHDS可能是一个有生物学功能的蛋白质,其表达受激素组合诱导表达,本研究为卷叶贝母HDS基因功能研究打下基础,同时为利用基因工程手段提高卷叶贝母中生物碱含量提供了理论基础。