洋桔梗萜类合成酶基因家族系统进化与表达分析

萜类化合物是花香物质的主要成分之一,其中萜类合成酶(terpenoid synthase,TPS)在萜类化合物合成过程中起关键作用。本研究利用生物信息学方法,共鉴定出26条洋桔梗TPS基因的全长序列,并对其分子进化、基因结构和表达模式等进行探究。结果表明:洋桔梗TPS基因可分为5个亚家族(TPS-a、TPS-b、TPS-g、TPS-e和TPS-f),并进一步细分成10个小分支。在这些分支中,只有TPS-a.1分支上有扩增,其他大多数分支都发生了基因丢失。基因共线性分析显示,在经历了2次全基因组复制事件后,洋桔梗仅有5组TPS共线性基因对被保留,而大部分经过基因组加倍的TPS基因对都发生了丢失,进一步支持了大多数洋桔梗TPS基因发生丢失的结论。转录组表达分析表明,在花瓣发育早期,只有EgTPS-g1、EgTPS-g2和EgTPS-g3少量表达,TPS-a、TPS-b亚家族成员在花瓣中不表达,可能是其缺乏花香的原因之一。未来的研究应该重点关注TPS-a和TPS-b亚家族成员,通过恢复这些亚家族基因的表达,有望赋予洋桔梗花香,从而提高其观赏价值。

红汁乳菇16个萜类合成酶基因的鉴定与表达

为了解真菌红汁乳菇(Lactarius hatsudake)萜类合成酶(TPS)基因的功能,从红汁乳菇全基因组中分离获得TPS基因,并对其进行生物信息学分析,系统发育树构建,对它们在不同碳源和氮源培养条件下的表达情况进行分析。结果显示:在红汁乳菇基因组中共分离出16个LhTPS基因,LhTPS10、LhTPS13、LhTPS14仅具有萜烯合酶的DXXD保守结构域,其余蛋白均具有DXXD和NSE保守结构域,因此把16个萜类合成酶分成两类。系统发育树将16个LhTPS分为4个大分支,第Ⅰ、Ⅱ分支为倍半萜合成酶,第Ⅲ分支为倍半萜及二萜合成酶,第Ⅳ分支为倍半萜和三萜合成酶,LhTPS6、LhTPS8、LhTPS11、LhTPS16主要生成Δ-6 protoilludene的相似物或者衍生物,LhTPS7主要生成γ-cadinene的相似物或者衍生物;LhTPS10主要生成δ-cadinene的类似物或者衍生物。表达分析表明,不同氮源的培养基培养条件下的表达情况整体上要优于不同碳源的培养基培养条件下的表达情况。在不同碳源及质量浓度培养基中,以10.0 g·L^(-1)山梨醇培养基为最优,在不同氮源培养基中以番茄培养基为最优。基因簇分析显示7个编码基因所在重叠群有基因簇的存在。

油楠倍半萜类合成酶基因SgSTPS3的克隆与表达分析

【目的】油楠茎部树脂油富含大量倍半萜类化合物,萜类合成酶是萜类化合物生物合成途径中的关键酶之一。对油楠倍半萜合成酶基因SgSTPS3的克隆与表达分析,有利于探明油楠树脂油的形成机制,为解析林木萜类生物合成与代谢调控机制提供新的理论依据。【方法】基于前期油楠转录组数据库,从成熟油楠植株茎部克隆获得油楠倍半萜类合成酶基因SgSTPS3,并对其进行生物信息学分析。利用原核细胞进行诱导表达,GC-MS鉴定其表达产物。通过实时荧光定量PCR分析该基因在油楠不同年龄(0.5、1.5、15、30年)和不同器官(根、韧皮部、木质部、嫩叶、老叶)中的表达特性,以及该基因对不同激素水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和激素组合SA+MeJA的响应模式。【结果】获得SgSTPS3基因,CDS序列全长1701 bp,编码566个氨基酸(GenBank登录号:MW345633)。蛋白多序列比对显示SgSTPS3蛋白与苏木亚科古巴香胶树CoTPS3和兰氏香脂树ClTPS3同源性最高,达87.68%。生物化学分析结果表明SgSTPS3蛋白为多功能酶,以法尼基焦磷酸(FPP)为底物时,主要催化产生倍半萜环苜蓿烯、可巴烯及顺式-β-可巴烯,以香叶基焦磷酸(GPP)为底物时,产生单萜芳樟醇。SgSTPS3基因的表达量在不同年龄、不同器官中存在显著差异:同一年龄的各器官,0.5和1.5年生植株根部表达量最高,15和30年生植株韧皮部表达量最高;不同年龄的同一器官,根部表达量随年龄的增大而减小,木质部表达量随年龄增大而增大,30年生植株韧皮部显著高于其他年龄的植株,嫩叶和老叶无明显规律。对2年生油楠幼株叶片进行激素诱导处理,喷施激素SA(50μmol·L^(-1))时,该基因在12 h表达量最高,为初始表达量的35.1倍,72 h最低;喷施MeJA(100μmol·L^(-1))时,该基因在6 h表达量最高,24 h最低;混合激素SA(50μmol·L^(-1))+MeJA(100μmol·L^(-1))作用下,SgSTPS3基因表达量变化与对照组趋势接近,诱导效果较差。【结论】SgSTPS3为倍半萜类合成酶基因,具有多底物酶催化功能,在幼苗的根部及成年植株的韧皮部表达量较高;不同激素对SgSTPS3基因的调控作用差异显著,SA(50μmol·L^(-1))诱导效果最佳,MeJA(100μmol·L^(-1))诱导效果次之。

番茄萜类合成酶基因SlTPS7和SlTPS16的克隆与表达分析

萜类化合物(Terpenoiods)是番茄中一类重要的次生代谢产物,也是受虫害诱导而产生最多的一类挥发物;萜类合成酶基因(terpene synthase,TPS)是萜类生物合成途径中的关键酶。以‘Micro Tom’番茄为材料,利用RT-PCR技术克隆番茄SlTPS7和SlTPS16基因,并对获得的基因序列进行生物信息学分析;利用荧光定量PCR技术检测施氮量为0.38、1.534、7.67、15.34和23.01 mmol/L不同浓度氮素营养液中番茄SlTPS7和SlTPS16基因的表达情况。结果显示,SlTPS7和SlTPS16基因开放阅读框(ORF)分别为1779和1218 bp,编码592和405个氨基酸;均为酸性不稳定亲水蛋白,其结构以α-螺旋(Alpha helix)及无规则卷曲(Random coil)为主,亚细胞预测显示SlTPS7和SlTPS16可能在细胞膜和叶绿体上表达;在不同浓度氮素处理下,SlTPS7和SlTPS16基因表达情况存在显著差异,适量的减氮处理能够促进番茄叶片SlTPS7、SlTPS16的表达,结果可为氮素对番茄挥发性萜类合成酶基因的调控研究提供参考。

烟草茄尼醇积累与萜类关键酶基因表达的相关性

为阐明萜类关键酶基因对烟草茄尼醇合成的影响,利用超高效液相色谱和实时定量荧光PCR,测定了茄尼醇含量差异显著的烟草品种红花大金元(含量高)和中烟90(含量低)6个发育时期根、茎、叶中茄尼醇含量以及萜类代谢关键酶基因的表达,并分析了其相关性。结果表明,红花大金元和中烟90 6个时期的茄尼醇含量均为叶>茎>根。在两品种中,萜类关键酶基因FPS、DXR、IPI、SPS、GGPPS从苗期至开花期表达量逐渐上升,在根中现蕾期表达量最高,在茎、叶中开花期最高,随后迅速下降。相关性分析表明,DXS、GGPPS与茄尼醇含量呈负相关,而FPS、DXR、SPS以及IPI基因的表达量与茄尼醇含量呈显著和极显著正相关,其在红花大金元中的高水平表达可能是造成两品种茄尼醇含量差异的主要原因。另外,根、茎中IPI基因与DXS、FPS、SPS基因的表达呈显著和极显著正相关;叶片中SPS与FPS、IPI基因的表达呈显著正相关,而与DXS基因的表达呈显著负相关,HMGR与IPI基因表达呈极显著正相关。这些基因可能通过协同作用共同调控茄尼醇的合成与积累。

澳洲香水石斛花香成分及DeTPS6的克隆与表达

花香是评价石斛商业价值的重要性状之一。为探究石斛花香物质的形成机理,本研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(HS-SPME-GC-MS)、转录组测序和PCR技术分析了不同花期澳洲香水石斛花香物质变化及其与萜类合成关键酶基因表达间的关系。结果表明,澳洲香水石斛中共检测到17种花香物质,其中1,4-二甲氧基苯、α-蒎烯和苯乙醇的含量相对较高,盛花期的花香释放量呈现明显的昼夜节律变化和组织特异性。基于转录组数据,筛选到77个与萜类合成相关的差异表达基因(DEGs),并成功克隆DeTPS6的全长,为1749 bp。DeTPS6蛋白具有萜类合成酶家族的保守结构域,属于TPS-b亚家族。亚细胞定位分析结果显示,DeTPS6定位于胞质。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果显示,DeTPS6在澳洲香水石斛的盛花期中高表达,且呈现显著的昼升夜降的变化趋势,与花香物质的含量呈正相关。本研究为DeTPS6生物学功能的探讨提供了理论基础。

茶树萜类香气物质代谢谱与相关基因表达谱时空变化的关系

针对影响茶叶香气品质的关键物质在鲜叶和花中的含量和相关基因表达的关系,以茶‘农抗早’[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze‘Nongkangzao’]不同发育阶段鲜叶和花为试材,进行气相色谱和质谱分析。结果表明,茶树叶片萜类化合物含量受叶片发育阶段影响,表现为幼叶中多、老叶中少;糖苷态多、游离态少。此外,对前期获得并初步注释的茶树转录组数据库进行挖掘,发现了编码10个萜类合成酶——芳樟醇合成酶(CsLIS)、香叶烯合成酶(CsMYS)、(E)–β–罗勒烯合成酶(CsOCS)、(R)–柠檬烯合成酶(CsLIM)、(–)–α–萜品醇合成酶(CsTES)、(+)–α–水芹烯合成酶(CsPHS)、大根香叶烯合成酶(CsGES)、(E,E)–α–法尼烯合成酶(CsFAS)、芳樟醇/橙花叔醇合成酶(CsLIS/NES)和橙花叔醇/香叶烯芳樟醇合成酶(CsNES/GLS)的基因序列(按照植物基因命名的基本原则对上述基因进行命名)。上述基因在不同发育阶段叶片和茶树花中的转录水平与萜类香气物质丰度的时空变化有明显的正相关。此外,逆境信号物质茉莉酸甲酯能显著增强芳樟醇合成酶基因等6个基因的表达。