苹果梨果皮花色素苷合成相关基因PyANS的克隆与表达分析

以延边地区苹果梨为试材,采用同源克隆及实时荧光定量PCR的试验方法,研究PyANS基因在苹果梨解袋前后果实着色过程中的表达特性及与花青苷积累的关系。结果表明:PyANS的全长cDNA为1 075bp,其开放阅读框(ORF)编码358个氨基酸,分子量约为40kDa,理论等电点pI为5.38。同源性分析表明与同属的砂梨相似性高达99%,实时荧光定量PCR分析表明PyANS基因受到光诱导表达量迅速上升,去袋1d后表达量迅速增加,第10天时达到最大值,随后迅速下降,最终稳定在同一表达水平,与果实着色和花色苷含量测定的结果相对应,表明PyANS基因对果实花色素苷积累有一定的促进作用。

马铃薯PAL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下和块茎花色素苷合成中的表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase,PAL)是苯丙烷代谢途径的限速酶和关键酶,在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下,利用BlastP和HMM 3.1鉴定到8个PAL基因家族成员,利用ExPASy、CELLO、PlantCARE等在线工具,对PAL基因家族成员的进行生物信息学分析。利用PGSC数据库下载的RNA-seq数据,分析了StPALs在双单倍体(DM)马铃薯不同组织部位和非生物胁迫下的表达模式。对3个不同颜色马铃薯块茎组织(皮和肉)进行RNA-seq,以及利用3个不同颜色块茎杂交子代的薯肉进行qPCR分析。结果表明,8个StPALs分布在3、5、9和10号染色体上,它们与烟草(Nicotiana tabacum)PAL的亲缘关系较近。StPAL基因成员的启动子区域内含有多个顺式元件,包括光响应、逆境胁迫响应、激素响应、生长发育相关和转录因子调控的多种顺式元件。StPAL2在匍匐茎中特异表达,StPAL3/5/8在块茎和匍匐茎中特异表达,StPAL3在甘露醇处理下下调表达,StPAL3和StPAL8在热胁迫中上调表达。它们可能参与了马铃薯块茎的发育和非生物胁迫响应。5个StPALs(StPAL3/4/5/6/8)基因在彩色薯肉中均上调表达,可能参与马铃薯薯肉中花色素苷的生物合成。这些结果为进一步了解StPAL基因家族特征,深入分析StPALs基因在马铃薯中的功能提供了理论依据。

红肉桃两类花色素苷积累模式与相关基因表达差异

【目的】分析中国主要红肉桃种质呈色类型及分子机理,为红肉桃种质优异基因发掘和分子标记辅助选择育种奠定理论基础。【方法】选择8份红肉桃种质和1份白肉桃种质为试材,分别在花后一个月开始采集样品,以后每隔10 d左右采集一次,至果实成熟期为止;用2%甲酸甲醇提取不同种质果肉的花色素苷,分别测定其在510 nm和700 nm的吸光值;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法,测定与花色素苷合成相关的13个关键结构基因和调节基因的表达水平。【结果】根据果实发育中后期花色素苷含量的变化趋势可将8份红肉桃种质分为2类,一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实成熟期(成熟期积累型),如‘郑引82-9’‘大红袍’‘黑布袋’‘红桃’和‘天津水蜜’;另一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实发育中期,在成熟期花色素苷含量有所下降(发育中期积累型),如‘哈露红’‘大果黑桃’和‘乌黑鸡肉桃’。在与花色素苷合成相关的结构基因中,Pp CHS和Pp UFGT的表达量与成熟期积累型种质的花色素苷含量的变化趋势一致;而发育中期积累型种质,果肉中花色素苷的大量积累与所有结构基因的表达趋势一致。在4个调控基因中,只有Pp MYB10.1的表达水平较高,且表达模式同红肉桃种质两类花色素苷积累模式相似。【结论】根据桃果肉着色规律和花色素苷积累模式,8份红肉桃可以分为成熟期积累型和发育中期积累型种质。Pp CHS和Pp UFGT是成熟期积累型种质的关键结构基因,而Pp MYB10.1在供试的所有红肉桃种质花色素苷合成中起关键作用。

矮牵牛花色素苷合成途径中的关键酶及其转录调控

类黄酮化合物的生物合成途径是目前研究的最清楚的植物次生代谢途径之一,花色素苷的生物合成属于类黄酮化合物的分支途径,在一些模式植物上已经被清楚地阐明。本文综述了近年来对模式植物矮牵牛(Petunia hybrida)花色素苷合成途径的研究结果,重点阐述对矮牵牛中花色素苷生物合成途径、合成途径中的关键酶以及这些酶转录调控的研究进展,这些将有益于人们进一步利用基因工程的手段进行花卉的分子育种。

彩色马铃薯花色苷生物合成相关基因的研究进展

关键酶基因表达量决定了花色苷含量的高低,综述国内外对彩色马铃薯花色苷生物合成途径以及相关基因的研究现状,多个相关酶基因已经通过二倍体或四倍体马铃薯完成了cDNA的克隆,研究发现部分酶基因的启动子容易受到UVB辐射、低温等外界环境条件的诱导。对以后的研究工作提出了建议,希望能够为马铃薯花色苷的开发利用和生物合成相关基因的克隆、表达分析以及马铃薯分子育种提供参考依据。

观赏植物的花色素苷与花色

花色素苷是影响植物色彩表达的主要因素之一。本文概述了花色素苷的生物合成途径及基因克隆 ;评述了影响花色表现的因素 ,包括花色素的种类、结构、环境pH值、共色作用、金属离子络合等 ;并介绍了花色基因工程的进展 ,为研究花色素苷的代谢和创新花色提供了广阔的前景。

‘红早酥’梨花青苷合成相关基因的克隆及表达分析

以‘早酥’梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)及其红色芽变‘红早酥’梨为试材,采用同源克隆方法,分别从这2种材料的果皮中,得到花青苷生物合成途径中3个关键结构基因PbCHS、PbDFR、PbUFGT和2个调控基因PbbHLH、PbMYB10的cDNA编码区序列。生物进化树分析表明,这5个花青苷合成相关基因序列与其他植物均具有较高的同源性。通过荧光定量PCR,研究花青苷合成基因在不同幼嫩组织器官中的表达情况。结果表明,大部分基因在‘红早酥’梨的幼叶、叶柄、花瓣、幼果、花梗中的表达量均高于‘早酥’梨,其中PbUFGT和PbMYB10在二者中的表达差异尤为显著。

‘红早酥’梨花青苷合成相关基因的克隆及表达分析

以‘早酥’梨（pyrus bretschneideri Rehd．）及其红色芽变‘红早酥’梨为试材，采用同源克隆方法，分别从这2种材料的果皮中，

花色研究基因新资源:瓜叶菊蓝色花形成相关基因PCFH

花色素苷代谢途径中关键酶基因的研究一直是花色分子育种工作的主要研究对象,其中F3'5'H基因是蓝色花卉育种的研究热点。本研究利用PCR-RACE技术从瓜叶菊中克隆到了F3'5'H同源基因PCFH(GenBank登录号:AY791885),为新异花色的分子育种工作提供了新的基因资源。

马铃薯ARM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

ARM蛋白重复序列(Armadillo repeats)广泛存在于高等植物中,它们参与多种细胞过程,如信号转导、核转运以及对多种生物/非生物胁迫的响应。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下鉴定出了54个马铃薯ARM基因家族成员(StARMs),它们不均匀的分布在12条染色体上。根据其蛋白结构和系统发育特征,将54个StARMs分为3个亚家族。片段重复事件在马铃薯ARM基因家族的扩展中起主要作用。共线性分析发现,StARMs与番茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis)、甘蓝(Brassica oleracea)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)分别有51对、17对、25对、6对和10对直系同源基因,这些基因均在纯化选择下进化。RNA-seq数据分析发现,4个StARM基因在匍匐茎中特异表达,2个StARM基因在根和心皮中特异表达,1个StARM基因在块茎中特异表,还有一些StARM基因参与了马铃薯对生物/非生物胁迫的响应。此外,本研究对3个不同颜色马铃薯块茎组织(薯皮和薯肉)进行了RNA-seq测序,分析了54个StARMs在不同颜色马铃薯块茎组织中的表达模式,并利用qPCR分析了StARMs在3个不同颜色块茎杂交子代薯肉中的相对表达量,筛选出了4个可能参与马铃薯块茎花色素苷生物合成的候选基因。本研究为进一步了解StARM基因家族的特征,深入分析StARM基因在马铃薯抵御生物/非生物胁迫和调控块茎花色素苷生物合成中的功能提供了理论依据。

花色基因工程研究进展

概述了观赏植物的花色素苷及花色素苷的生物合成途径,介绍了影响花色素苷生物合成基因及克隆的研究进展及色素基因在植物花色育种上的应用。

荷兰鸢尾‘玉妃’花色变异关键结构基因分析

【目的】花色变异对丰富观赏植物花色具有重要意义,但由于花色变异的不确定性,使其变异机理尚未弄清。荷兰鸢尾是重要球根观赏植物,通过探索荷兰鸢尾蓝紫色野生型‘展翅’及白色突变株‘玉妃’的显色分子机制及色素积累差异,为花色变异机理提供依据。【方法】本研究通过超高效液相色谱-四级杆飞行时间串联质谱联用(UHPLC-QTOF-MS)方法测定荷兰鸢尾2个品种花的花色素苷和黄酮醇的种类及含量。以荷兰鸢尾‘展翅’和‘玉妃’的旗瓣为材料,通过转录组测序,筛选花色素苷合成相关差异基因。以2个品种花发育不同时期为材料,对差异基因进行荧光定量PCR验证。【结果】代谢组分析结果表明,飞燕草素和矢车菊素及其衍生物在蓝紫色花中积累,在白色花中几乎没有积累,而黄酮醇类物质在白色‘玉妃’中含量上升。RNA-seq结果表明,共获得46485个unigenes,其中27073个unigenes被公共数据库功能注释,占全部unigenes的58.24%。获得701个差异表达基因,其中485个基因在‘玉妃’中上调表达,216个基因在‘玉妃’中下调表达。花色素苷途径中,2个二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)基因和1个黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)基因有差异表达,分别命名为IhDFR1、IhDFR2和IhFLS1。白色‘玉妃’中,IhDFR1和IhDFR2下调表达,IhFLS1上调表达,导致花色素苷含量显著降低和黄酮醇积累,使代谢流由花色素苷转向黄酮醇。3个基因的qRT-PCR结果显示,IhDFR1和IhDFR2在蓝紫色花中随着花的发育表达量升高,在白色花中均低表达,IhFLS1在白色花中随着花的发育表达量升高,在蓝紫色花中均低表达,与RNA-seq结果保持一致。【结论】白色‘玉妃’中,IhDFR1和IhDFR2的低表达,及IhFLS1的高表达,使花色素苷积累受阻,部分代谢流由花色素苷转向黄酮醇,导致花色由蓝紫变为白色。

苹果花色素苷生物合成及调控的研究现状

苹果果实颜色是影响消费者需求重要的品质性状,苹果的红色是由花色素苷积累水平决定的,花色素苷是次生代谢产物黄酮类化合物中的一类。文章综述了花色苷合成过程中结构基因、调控基因、环境因素、管理措施和组织机构对花色苷积累的影响,目的是为实现优质果实品质提供新的方法,包括视觉上的吸引力和营养价值的提升。

人参15个组织器官中皂苷量与6种人参皂苷生物合成基因表达的相关性研究

以四年生红果期吉林人参的15个组织器官为材料,利用HPLC和香草醛-硫酸比色法分别测定15个组织器官中6种单体皂苷(人参皂苷Rg1,Re,Rb1,Rc,Rb2,Rd)和总皂苷含量;同时,利用实时荧光定量PCR测定15个组织器官中法尼基焦磷酸合成酶(farnesyl pyrophosphate synthase,FPS)、鲨烯合成酶(squalene synthase,SQS)、鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SQE)、氧化鲨烯环化酶(oxidized squalene cyclase,OSC)、β-香树脂合成酶(β-amyrin synthase,β-AS)和细胞色素P450超家族(cytochrome P450 family,P450)基因的相对表达量。研究试图通过相关性分析,获得吉林人参15个组织器官中人参皂苷含量与生物合成途径相关酶基因表达量之间相关关系。结果表明,6种单体皂苷含量之间具有线性正相关的协同增减趋势,而单体皂苷含量与总皂苷含量之间具有相关性极显著(P<0.01)的正相关关系;总皂苷含量与人参中SQS,OSC,β-AS,SQE,P450,FPS基因之间的相关性极显著(P<0.01),单体皂苷含量与6种酶基因之间相关性各不相同。说明这6种参与人参皂苷生物合成酶基因调控人参总皂苷与单体皂苷的生物合成,它们在人参不同组织器官中的表达呈现协同增减趋势,并以集群协调表达的方式来调控人参皂苷生物合成。

西洋参不同组织部位中皂苷生物合成相关基因的表达研究

通过皂苷含量与基因表达量之间相关性分析,获得西洋参中不同组织部位皂苷含量与人参皂苷生物合成相关基因表达之间联系。以四年生红果期西洋参的14个组织部位为材料,利用高效液相法和香草醛-硫酸比色法测定西洋参样本中6种单体皂苷（人参皂苷Rg1,Re,Rb1,Rc,Rb2,Rd）,分组皂苷和总皂苷含量;同时,利用实时荧光定量PCR法检测西洋参不同组织部位中7种（SQS,OSC,DS,β-AS,SQE,P450,FPS）人参皂苷生物合成相关基因的表达量。在西洋参中7种人参皂苷生物合成相关酶基因虽然参与人参皂苷合成,但是β-AS和P450基因的表达对单体皂苷,分组皂苷及总皂苷含量影响不显著;FPS,SQS,OSC,DS和SQE这5种基因表达对单体皂苷Re,Rg1,Rb1,Rd,分组皂苷PPD和PPT,单体总皂苷TMS和总皂苷TS含量影响显著或者极显著（P〈0.05或P〈0.01）。西洋参中部分单体皂苷,分组皂苷以及总皂苷的生物合成受着皂苷合成途径多种酶基因相互作用影响,生物合成途径中关键酶基因表达差异决定了西洋参中不同组织部位皂苷含量。因此,该研究通过相关性分析进一步明确了FPS,SQS,OSC,DS和SQE这5种酶基因是控制西洋参中皂苷合成的关键酶,它们通过集群协同表达互作的方式调控西洋参中人参皂苷的生物合成。

’禾荔’优质晚熟突变体’GLL-1’类黄酮糖基转移酶基因LcUFGT的克隆与表达分析

’GLL-1’为’禾荔’中选育出的一个优质晚熟芽变新种质。为探讨’GLL-1’果实成熟期延迟的遗传基础,该研究以’禾荔’和’GLL-1’为实验材料,克隆花色素苷合成途径结构基因LcUFGT,并对其进行生物信息学预测及分析,同时通过qRT-PCR对LcUFGT基因在果实发育不同阶段的表达进行研究,分析LcUFGT的表达对突变体果实发育速度的影响。结果表明:(1)LcUFGT基因ORF长1359 bp,编码453个氨基酸,推测蛋白质分子量约为50.16 kD。(2)序列比对发现所编码蛋白与’禾荔’等荔枝品种高度保守,在蛋白的C端具有PSPG盒。(3)在果实发育成熟进程中,’禾荔’和’GLL-1’果皮逐渐退绿转红,两者LcUFGT基因的表达量都呈先上升后下降的表达趋势,然而,’禾荔’LcUFGT基因的表达量在花后56 d显著增加,突变体’GLL-1’LcUFGT基因的表达量在花后67 d显著增加,LcUFGT基因在突变体’GLL-1’中显著上升表达的时间比’禾荔’延迟,且与果实发育延迟基本一致。以上结果表明,LcUFGT基因在荔枝果皮着色过程中发挥重要作用,是果实着色的关键基因之一,突变体’GLL-1’中的延迟表达是引起突变体晚熟的原因之一。

三萜皂苷生物合成途径及相关酶

三萜皂苷是一种植物次生代谢物,具有多种生物活性,是许多中药的重要有效成分之一。综述三萜皂苷生物合成途径的研究概况,重点介绍相关酶基因的克隆及其结构特征。

环烯醚萜苷类生物合成途径及相关酶的研究进展

环烯醚萜苷类化合物种类繁多,近年来对此类化合物的广泛研究发现其具有多种生物活性,如抗炎、抗肿瘤、保肝、心血管系统保护作用等。结合近年来国内外的研究,将其生物合成途径、相关酶(GPPS、GES、G10H、10-HGO、IS、7-DLS、7-DLGT、7-DLH、LAMT及SLS)及编码基因的研究进展进行综述,一方面可达到人为调节其代谢产物生成的目的,另一方面可为基于环烯醚萜苷类的新药发现提供参考。