苦荞黄烷酮3-羟化酶基因FtF3H及其启动子的克隆与功能分析

【目的】克隆苦荞FtF3H基因及其启动子序列,探究该基因的生物学效应及启动子对环境因素与激素的响应。【方法】基于苦荞基因组和转录组数据克隆FtF3H基因及其启动子,对二者进行生物信息学分析,采用qRT-PCR技术检测FtF3H对MeJA、ABA和光处理的响应,进一步利用转基因拟南芥技术,分析FtF3H的过表达对黄酮合成的影响。【结果】苦荞FtF3H基因DNA序列长2034 bp,包括2个内含子和3个外显子;其ORF序列为1104 bp,推导的FtF3H蛋白含367个氨基酸残基,归类于2-酮戊二酸依赖性双加氧酶超家族且具有典型的植物F3H的分子特征。启动子PFtF3H在核心启动子基序外,还含有数目众多的光应答元件和激素响应元件,qRT-PCR检测结果显示,PFtF3H可强烈响应ABA、MeJA和光照的诱导。转基因拟南芥中,FtF3H的过表达可引起总黄酮含量显著增加(P<0.05),黄酮合成相关酶基因,AtANS、AtDFR和AtF′3H等的表达量显著上调(P<0.05),而拟南芥内源的AtF3H表达受到抑制(P<0.05)。【结论】苦荞FtF3H基因是一个典型的植物黄烷酮3-羟化酶,其表达受到激素和光的调控,在拟南芥中的过表达可促进黄酮的合成和积累。

百合黄烷酮3-羟化酶基因LhSorF3H的克隆与表达

为了探究百合花色的调控机制,以东方百合品种‘索邦’(Sorbonne)的花蕾为试验材料,根据前期转录组测序结果,成功克隆出黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)基因的编码序列和基因组序列,其中,编码序列全长1 110bp,可编码369个氨基酸;基因组序列全长1 438bp,包含3个外显子和2个内含子,命名该基因为LhSorF3 H(GenBank登录号为MF614135)。生物信息学分析结果显示,黄烷酮3-羟化酶在进化上具有较高的保守性。LhSorF3 H编码的蛋白与郁金香(Tulipafosteriana)最为相似。半定量RT-PCR结果显示,LhSorF3H在花被、柱头以及花柱中表达明显,在花丝、子房、嫩茎、茎生根及上部叶片中表达较弱,而在花药和中下部叶片中基本不表达。LhSorF3 H在不同发育阶段的花被片中均有表达(S2和S6阶段除外);黑暗处理使LhSorF3 H表达降低,黑暗处理2h的LhSorF3 H表达量降到最低,之后表达量开始上升;转入光照条件后,LhSorF3H的表达水平持续增加。研究表明,LhSorF3 H基因对昼夜节律和光照具有双重响应的特性。

芜菁黄烷酮3-羟化酶基因的克隆、序列分析及表达

花青素是一类重要的植物次生代谢产物,黄烷酮3-羟化酶(F3H)是花青素生物合成早期阶段的重要催化酶。利用UV-A处理津田芜菁(Tsuda turnip)和赤丸芜菁(Yurugi Akamaru turnip)块根24h后提取总RNA,通过RT-PCR方法克隆了BrF3H基因。津田芜菁和赤丸芜菁的F3H基因完全相同。BrF3H的开放读码框为1077bp,编码358个氨基酸。氨基酸序列分析显示,BrF3H与甘蓝型油菜(Brassica napus)F3H-1的同源性为99%。Northern杂交结果显示,UV-A可以诱导BrF3H表达,基因的表达量与处理时间呈相关。

日本落叶松LkF3H2基因克隆及调控类黄酮代谢功能研究

【目的】日本落叶松黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase 2,LkF3H2)基因在类黄酮生物合成过程中发挥着重要的调控功能。探究LkF3H2基因在日本落叶松中发挥的具体功能和植物类黄酮生物代谢过程。【方法】根据实验室前期转录组数据克隆日本落叶松LkF3H2基因并进行生物信息学分析及组织表达分析。随后将该基因转化烟草进行转基因烟草组织表达分析及类黄酮含量测定,以探究基因表达量与类黄酮含量之间的关系。【结果】LkF3H2基因cDNA序列长度为1074 bp,其蛋白编码358个氨基酸,分子式C_(1785)H_(2807)N_(481)O_(541)S_(18),分子量为40.24 kD,该蛋白是不稳定的亲水性蛋白且不含信号肽;同时系统进化分析得出日本落叶松LkF3H2与火炬松、辐射松、白云杉和欧洲云杉F3H亲缘关系较近并且该蛋白含有保守结构域2OG-Fe(Ⅱ)oxygenase superfamily,属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族。另外组织表达分析显示LkF3H2基因在一月龄日本落叶松幼苗叶中表达量最高,在一年生日本落叶松幼苗茎中表达量最高,并且在转基因烟草叶中也显示了最高的表达量。值得一提的是,转基因烟草叶中的类黄酮含量也是最高的,其次为茎和根,转基因烟草中类黄酮含量与LkF3H2基因表达量呈正相关关系。【结论】日本落叶松LkF3H2基因属于2-酮戊二酸依赖性双加氧家族并且在类黄酮生物合成过程中发挥着重要功能。

海岛棉黄烷酮3-羟化酶(F3H)基因序列分析和表达

根据棉纤维发育相关基因转录组学、表达谱分析结果,从海岛棉(新海21)中筛选到一个与棉纤维发育相关的黄烷酮3-羟化酶基因(Gb F3H)。生物信息学分析表明,该基因编码区长1107bp,编码368个氨基酸,多序列比对发现Gb F3H序列保守性较高,具有典型的2-酮戊二酸双加氧酶结构域。实时定量PCR分析表明,Gb F3H基因在纤维发育的不同时期中均有表达,在开花后5 d的胚珠中表达量最高,推测Gb F3H基因可能对棉纤维发育具有重要作用。

洋桔梗黄烷酮3-羟化酶基因的克隆及其反义表达载体的构建

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)是花青素生物合成途径中的关键酶,对花色的形成具有重要作用。以洋桔梗试管苗叶片基因组DNA为模板,通过设计分别带有酶切位点BamHⅠ和XbaⅠ的1对特异引物,进行PCR扩增,克隆了洋桔梗F3H基因;对克隆得到的F3H基因进行测序鉴定,再将该基因反向插入pBI121质粒,成功构建了植物反义表达载体pBI121-F3H,为利用植物基因工程技术调控洋桔梗F3H基因的表达提供了重要基础。

甘薯黄烷酮3-羟化酶基因IbF3H的克隆和表达特性分析

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)是黄酮类化合物合成途径中的一个关键酶。本研究基于前期转录组数据,以‘福菜薯7-6’叶片为材料成功克隆CDS序列长度为1107 bp的基因IbF3H,利用生物信息学分析甘薯F3H基因的序列特征、氨基酸序列对比、蛋白系统进化树、蛋白的二、三级结构、预测其跨膜结构和亚细胞定位,并利用qRT-PCR分析盐旱胁迫处理下基因的表达特性。结果表明,该基因含有3个外显子和2个内含子,编码368个氨基酸,蛋白分子量为41.12 kDa,等电点为5.83。存在多种类型的启动子顺式作用元件,如光响应元件G-Box、ACE,干旱胁迫相关的MBS元件,与脱落酸激素响应相关的ABRE元件等。与其他植物的氨基酸序列相似性达到了80%以上,可见IbF3H的编码区高度保守,且黄烷酮3-羟化酶在进化上具有较高的保守性。IbF3H蛋白含有非血红素双加氧酶结构域(DIOX-N superfamily)和典型的F3H蛋白功能结构域(2OG-FeⅡ-Oxy加氧酶结构域),属于双加氧酶超家族。IbF3H蛋白可能在细胞质中表达并且不具备跨膜结构。qRT-PCR研究结果表明,IbF3H基因并非组织特异性表达的基因,叶和茎表达量高于茎尖和根。模拟盐胁迫处理后,IbF3H基因表达量呈现先下降后上升的趋势;模拟干旱胁迫处理后,IbF3H基因表达量始终高于对照组,以响应逆境胁迫。本研究可为下一步探索IbF3H基因在调控甘薯类黄酮生物合成途径和功能作用奠定基础。

黄花蒿黄烷酮3-羟化酶基因AaF3H的克隆及其在烟草中的表达

通过SMART-RACE技术从黄花蒿中克隆得到了2 136 bp的黄烷酮3-羟化酶基因AaF3H的cDNA全长序列,该序列包含一个1 092 bp的完整编码区,编码364个氨基酸组成的蛋白。该蛋白的分子量为41.18 k D,理论等电点(p I)为5.67,是一种稳定的非分泌和非跨膜的亲水性蛋白,共有13个磷酸化位点,属于典型的2OG-FeⅡ_Oxy加氧酶超家族,二级结构以无规则卷曲为主。利用NCBI分析表明,AaF3H与菊花F3H蛋白的一致性达97%。经基因克隆、农杆菌介导将该基因转入烟草中,结果显示,相较于野生烟草,过表达AaF3H基因能显著转化柚皮素,说明AaF3H基因在黄花蒿黄酮类物质的生物合成中起重要作用,也为进一步研究黄花蒿中黄酮类物质的生物合成调控提供了基础。

擎天凤梨花色素合成关键基因CHS、F3'H和DFR的克隆及表达分析

擎天凤梨‘Ostsra’是一种观赏红色苞片为主的高档盆栽花卉。一般认为植物苞片的呈色物质除叶绿素外多来源于花色素,而CHS、F3'H和DFR是在花色素的合成过程中的关键酶。本研究采用采用简并引物及同源克隆法获得了881 bp的CHS基因,编码276个氨基酸的序列,GenBank登录号为KX364270;采用cDNA全长文库构建、EST批量测序及目标单克隆序列测通法,获得了F3'H和DFR基因。F3'H基因长1 176 bp,可编码325个氨基酸序列,GenBank登录号为KX364271;DFR基因长1 209 bp,可编码167个氨基酸的序列,GenBank登录号为KX364272。采用实时定量PCR法检测CHS、F3'H和DFR在‘Ostsra’苞片呈色过程中的表达变化,结果表明,3个基因在苞片变色过程中(绿苞-半红苞-全红苞)都呈现出递增的趋势,即随着苞片颜色的变深,3基因的表达量逐渐增加,全红状态时,表达量最高,而作为对照的绿叶,表达水平都是最低的。