红麻HcKAN4基因克隆、表达及在类黄酮合成中的功能

MYB类转录因子KAN4(KANADI4)在红麻类黄酮合成和纤维发育中发挥着重要作用。本研究以红麻品种‘福红952’为材料,对HcKAN4基因进行克隆和表达模式分析,探讨TRV-VIGS诱导该基因沉默对类黄酮合成途径中关键酶基因表达量改变的影响。基因克隆显示,HcKAN4基因开放阅读框(open reading frame,ORF)全长为966 bp,编码322个氨基酸,包含一个MYB保守结构域。进化树分析发现,其与拟南芥和木槿KAN4s的亲缘关系较近。表达分析表明,该基因在红麻不同组织中均有表达,且转录水平随着植物生长而递增。VIGS诱导基因沉默显示,6株HcKAN4的转录水平显著下调,达到基因沉默效果。进一步实时荧光定量PCR检测发现,类黄酮合成相关基因HcCHS、HcF3’5’H、HcANS、HcANR的转录水平显著下调,分别是对照组的0.51、0.14、0.23、0.11倍,表明HcKAN4基因可调控红麻类黄酮生物合成相关基因。这些结果为阐明红麻MYB转录因子调控类黄酮合成提供了依据,同时为改善纤维品质提供了研究思路。

观赏桃黄酮合成酶CHS基因家族分析

查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)是植物类黄酮生物合成路径中的关键酶,对观赏植物花色的形成具有决定性作用。研究旨在全面分析观赏桃PpCHSs基因家族,探究其在观赏植物花色形成中的分子机制,为育种提供理论支持。通过Uniprot和GDR数据库获取并比对CHS蛋白序列,使用TBtools进行基因鉴定和染色体共线性分析,MEGA 7.0构建系统发育树,NCBI CDD分析蛋白保守结构域。确认观赏桃中17个CHS同源基因,主要分布在G1染色体。共线性分析显示观赏桃CHS基因与拟南芥存在一对多关系,反映基因家族扩张。系统发生树将基因分为三类,与不同功能特化相关。蛋白结构域分析表明功能上的保守性,揭示了CHS基因家族在观赏桃花色形成中的关键作用,为基因编辑和育种提供理论基础,促进观赏植物产业发展。

长江大学许锋教授团队 揭示IncRNA调控银杏类黄酮合成的分子机制

近日,长江大学园艺园林学院许锋教授团队在Plant Science在线发表了题为"Thelongnoncoding RNAs Inc10 and Inc11 regulating flavonoid biosynthesis in Ginkgo biloba"的研究论文,揭示了Inc10和Inc11调控模块调节银杏类黄酮合成的新机制。尽管有关银杏类黄酮生物合成的研究较多,但大多数都集中在结构基因和转录因子调控类黄酮合成的分子机制上,而有关IncRNA对银杏类黄酮合成生物学功能的研究报道很少。前期研究发现银杏中lnc10和Inc11等IncRNA可能参与类黄酮的合成,但是,其调控机制尚不清楚。

菌株JB12影响铅镉胁迫下菊苣黄酮合成的转录组分析

为探究菌株JB12对菊苣(Cichorium intybus)幼苗铅镉抗性和黄酮生物合成的影响,将菌株JB12接种于铅镉复合(Pb-Cd)浓度为400~40 mg·kg^(-1)的土壤中,测定幼苗生长指标、铅镉含量、抗氧化酶活性、总黄酮含量和黄酮生物合成相关酶活性,并对叶片转录组数据进行分析。结果表明,接种菌株JB12后,叶片过氧化氢(H 2O 2)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)及地上部和根部铅镉含量均低于胁迫处理组,植株干重、抗氧化酶活性、总黄酮含量及黄酮生物合成相关酶活性均高于胁迫处理组。对叶片转录组数据和RT-qPCR验证分析表明,苯丙素和黄酮生物合成途径相关基因表达上调可能是菌株JB12提高菊苣幼苗铅镉抗性的重要机制。综上所述,菌株JB12在减少菊苣幼苗铅镉积累的同时,还可以通过增强抗氧化酶活性及调控叶片黄酮生物合成相关基因的表达,提高菊苣幼苗的铅镉抗性和总黄酮的积累。

类黄酮合成通路介导的木薯对木薯绵粉蚧的防御机理

木薯是世界重要的粮食作物、能源作物和工业原料。木薯绵粉蚧(Phenacoccus manihoti Matile-Ferrero)是一种世界危险性检疫性害虫,培育和利用抗虫木薯品种可以有效阻断其定殖为害。挖掘具有抗虫作用的次生代谢物质及其调控基因是开展抗虫育种的重要策略之一。而类黄酮是植物抵御生物与非生物胁迫的特有次生代谢物质,但类黄酮及其合成通路基因在木薯抗木薯绵粉蚧中的功能尚不清楚。据此,本研究分析了抗虫木薯品种(C1115、SC9、缅甸)和感虫木薯品种(KU50、SC205、面包)被木薯绵粉蚧为害不同时间(0、1、4、8d)后,叶片中类黄酮合成通路相关基因(CHS、CHI、FLS、LAR、DFR、F3H、CCoAOMT、C4H、C3’H、ANR)表达量以及类黄酮含量的变化情况。结果表明:木薯绵粉蚧取食后,叶组织中CCoAOMT、C3’H、ANR、C4H虽然上调表达,但与为害前相比并无显著差异,且抗、感木薯品种间的表达量也无显著差异;与之相对,CHS、CHI、FLS、F3H、DFR、LAR基因表达量均比为害前显著提高,并且在相同的为害时间内,这6个基因在抗虫木薯品种中的表达量也显著高于感虫木薯品种。进一步通过相关性分析发现,CHS、CHI、FLS、F3H、LAR基因的表达量与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。此外,总黄酮含量测定结果表明:木薯绵粉蚧为害1 d时总黄酮含量与为害前相比均显著上升,为害4 d后抗虫木薯品种总黄酮含量显著高于感虫木薯品种。相关性分析显示,总黄酮含量也与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。因此推测,类黄酮含量的上升及其调控基因CHS、CHI、FLS、F3H、LAR在抗虫木薯品种中的显著上调表达与其对木薯绵粉蚧的抗性有关。本研究为深入解析类黄酮合成基因调控木薯对木薯绵粉蚧的抗虫防御反应分子机制,以及木薯抗虫分子设计育种提供重要的前期基础。

基于黄酮合成通路基因表达特性的木薯对二斑叶螨防御机理初探

木薯是全球重要的粮食作物和经济作物。二斑叶螨(Tetranychus urticae Koch)是重要的外来入侵生物和我国木薯主产区的四大有害生物之一。抗螨品种的选育与利用是实现害螨绿色综合防控的重要手段,作物中具有抗螨功能的次生代谢物质和其调控基因的挖掘与利用是培育抗性品种的有效途径。黄酮类次生代谢物质在作物抵御虫害中发挥重要作用,但其合成通路基因在木薯抗二斑叶螨中的功能尚不清楚。基于此,本研究分析抗、感螨木薯品种被二斑叶螨取食不同时间(1、4 d)后,黄酮合成通路关键基因表达量的变化情况。结果表明:与螨害前相比,感螨木薯品种面包、SC9和BAR900的CHS、PGT1、F3H、FLS、LAR、C3'H和CYP93B_16基因的相对表达量总体呈先降低(1 d)再升高(4 d)至螨害前(0 d)水平的趋势,而抗螨木薯品种C1115、SC9和缅甸中的上述基因相对表达量总体呈先显著升高(1d)再降低(4d)的趋势,但均显著高于螨害前(0d)的水平。进一步比较螨害前后抗、感螨木薯品种黄酮合成通路基因表达量的差异发现,二斑叶螨为害1 d后,抗螨木薯品种中CHS、PGT1、FLS和C3'H的表达量显著高于感螨木薯品种。相关性分析表明,这4个基因的表达量与木薯抗螨性呈显著正相关。螨害前(0d)和螨害4d后,抗螨木薯品种中上述基因的表达量总体也高于感螨木薯品种。该研究结果表明,抗螨木薯品种受螨害后,可能通过诱导黄酮合成基因的上调,从而增加具有抗虫功能的黄酮类代谢物含量以抵御二斑叶螨为害。该研究为深入阐明木薯抗螨分子机理、选育和创制抗螨木薯品种提供理论基础。

含羞草叶片转录组测序及其黄酮合成途径解析

为了解析含羞草中黄酮类物质的生物合成途径,利用Illumina platform 2000TM测序平台对含羞草叶片进行转录组测序,共获得94182个Unigene,平均长度为695 bp,N50值为1159 bp.共有30243个Uni-gene注释于50个GO功能组中,其中"代谢过程""催化活性"以及"细胞"注释的Unigene数量较多.KEGG通路分析鉴定出49个Unigene注释在黄酮生物合成途径,分别编码查尔酮合成酶(CHS,12个Unigene)、查尔酮异构酶(CHI,4)、黄烷酮-3-羟化酶(F3H,3)、黄烷酮-3'-羟化酶(F3'H,9)、黄烷酮-3',5'-羟化酶(F3',5'H,1)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR,5)、黄酮醇合成酶(FLS,3)以及无色花色素还原酶(LAR,12)基因.从转录组数据库中鉴定出7382个以单核苷酸和三核苷酸为主要类型的SSR标记.随机选出10对SSR引物进行扩增,其中有7对能够扩增出清晰的条带.

不同生育时期大豆异黄酮合成相关酶基因表达的分析

通过Real-time PCR分析了不同生育时期7个大豆异黄酮合成相关酶基因(PAL,C4H,4CL,CHS,CHI,IFS和F3H)的相对表达情况。并利用高效液相色谱法测定了籽粒发育过程中豆荚(含籽粒)中异黄酮及其组分的含量,同时利用SAS 8.2分析了F5∶11重组自交系群体(RILs)豆荚中异黄酮含量与部分基因相对表达量间的相关性。结果表明:从营养生长进入生殖生长阶段,部分基因(PAL,CHI,IFS和F3H)的相对表达量普遍有显著提高;PAL,C4H,CHS和IFS基因在叶片中的相对表达量高峰出现在R1期,大部分基因在2个品种豆荚中相对表达量差异显著的时期为R6期。在R6期,豆荚中PAL基因的相对表达量与染料木素(GT)和总异黄酮含量(TI)呈显著正相关。CHS基因的相对表达量与大豆黄素(DZ)、染料木素(GT)和总异黄酮含量(TI)呈显著正相关,但是与黄豆黄素(GC)呈显著负相关,IFS基因的相对表达量与大豆黄素(DZ)含量呈显著正相关;F3H基因的相对表达量与所有异黄酮成分均呈显著负相关。研究明确了相应基因的表达情况,对于理解异黄酮含量变异的遗传机制具有重要意义。

大豆异黄酮合成途径相关基因差异表达分析

大豆异黄酮是一种应用广泛、具有医用和保健功能的活性物质。为揭示异黄酮合成途径相关基因表达差异,本研究采用实时定量PCR技术分析相关基因在不同大豆品种、发育时期及组织部位的表达。结果发现,苯丙氨酸解氨酶基因PAL、肉桂酸羟化酶基因C4H、香豆酸辅酶A连接酶基因4CL在高异黄酮品种中豆27 R2期叶片中的表达量显著高于低异黄酮品种楚秀;查尔酮合成酶基因CHS、异黄酮合成酶基因IFS在中豆27 R8期子粒中的表达量显著高于楚秀;细胞色素还原酶基因CPR在中豆27 R7期叶片与子粒的表达量与楚秀相比显著降低。这些差异表达的基因可能是形成大豆品种异黄酮含量高低的重要原因。

基于数字表达谱对茶树类黄酮合成、调控相关基因表达的研究

利用数字基因表达谱技术研究了茶树类黄酮合成及调控相关基因在花瓣、花粉、休眠芽、萌发芽中的表达情况。结果发现花瓣、休眠芽、萌发芽中类黄酮合成基因大量表达,而花粉中类黄酮合成基因表达量极少,这与茶树中类黄酮物质的分布规律一致。同时本研究在类黄酮调控相关MYB、bHLH、MADS、GST、WD40、Homeodomain基因家族中找到12个基因可能与花瓣中类黄酮物质合成调控有关,9个基因可能与芽中类黄酮物质合成调控有关。这些研究结果将为深入解析茶树类黄酮合成、调控机理打下基础。

大豆子粒发育过程中异黄酮合成相关酶基因的表达模式与异黄酮积累的相关分析

利用高效液相色谱法和实时定量PCR方法,分别测定了2个异黄酮含量显著差异的大豆品种鲁黑豆2号(LHD2)和南汇早黑豆(NHZ)在子粒发育过程中的异黄酮含量变化以及异黄酮合成相关酶基因的表达模式变化,试图分析异黄酮积累与各基因表达量变化的相关关系。结果表明在大豆子粒发育过程中,异黄酮含量逐渐升高,而不同异黄酮合成相关酶基因的表达趋势不同,CHS7、CHS8、CHR、CHI1A和IFS2的表达趋势与异黄酮积累模式基本一致,而IFS1和CHI1B1的表达趋势与异黄酮积累模式相反。IFR的表达模式在2个大豆品种中存在相反的趋势,在LHD2中与异黄酮组分积累趋势相反,而在NHZ中与异黄酮组分积累趋势相同。结果还表明,同一基因家族中不同基因在子粒发育过程中的表达量也存在差异。查尔酮合酶基因家族中CHS7和CHS8以及查尔酮异构酶基因家族的CHI1A的表达水平相对其他成员较高,异黄酮合酶基因家族中IFS2的表达量显著高于IFS1的表达量,预示这些基因家族在大豆子粒异黄酮积累过程中存在功能分化。此外,各基因表达模式与异黄酮积累的相关分析结果表明,不同基因表达模式与异黄酮积累的相关性在2个品种中也不尽相同。LHD2中CHS7、CHS8和IFS2在子粒发育过程中的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著正相关,CHI1B1基因的表达量变化与不同异黄酮组分呈显著负相关。而在NHZ中,IFR在子粒发育过程中的表达量变化与多个异黄酮组分呈显著正相关。这预示了不同大豆品种异黄酮含量差异的潜在遗传基础。各异黄酮合成相关酶基因表达量变化的相关分析表明,在2个品种中,苯丙氨酸水解酶PAL1与4CL,4CL与CHS2以及CHS1与IFS2基因的表达量均呈现显著正相关。表明这些基因可能通过协同作用共同调控异黄酮的合成与积累。这些结果为今后利用基因工程提高大豆异黄酮含量奠定了基础。

茶树黄酮合成酶Ⅱ基因全长cDNA序列的克隆和实时荧光定量PCR检测

利用RT-PCR和RACE技术,克隆得到茶叶中合成黄酮类化合物的关键酶基因—黄酮合成酶Ⅱ,该基因属于细胞色素P450家族,在GenBank登录号为FJ169499。黄酮合成酶ⅡcDNA全长序列1824bp,其中1605bp为编码区,编码534个氨基酸,分子量为60.4kD。通过SYBRGreenI实时荧光定量PCR检测,发现黄酮合成酶Ⅱ在茶树一芽二叶春梢、当季成熟叶、花瓣、花蕊、种子中都有表达,成熟叶的表达量显著高于其他四种组织。

蒙古黄芪异黄酮合成酶基因密码子偏好性分析

异黄酮是只局限于豆科蝶形花亚科等极少数植物中的一种植物性雌激素,异黄酮合成酶(IFS)是苯丙氨酸分支代谢途径——异黄酮代谢途径的关键酶。为了解蒙古黄芪IFS基因密码子的使用特性,采用CodonW,SPSS软件及EMBOSS在线程序分析蒙古黄芪IFS基因密码子的偏好性,并分别与14个物种的IFS以及模式生物基因组进行比较。结果显示,蒙古黄芪IFS基因的密码子选择偏性较弱且较偏好以A/T结尾,而物种间IFS密码子选择偏性则存在一定差异;进化树分析表明,基于IFS编码序列聚类结果比密码子使用偏性分类结果能更准确地反映物种间的亲缘关系;密码子使用频率比较结果发现,酵母真核表达系统更适用于蒙古黄芪IFS基因异源表达系统建立,而蒙古黄芪IFS基因与模式植物基因组之间密码子使用偏性差异较小,尤其拟南芥可能为该基因转基因研究最为理想的受体。

芹菜黄酮合成酶Ⅰ基因的克隆与序列分析

选用3个芹菜材料六合黄心芹、津南实芹和美国西芹,分别从中克隆了合成黄酮类化合物的关键酶基因——芹菜黄酮合成酶I基因(AgFS I)。该基因全长均为1 616 bp,含有359 bp的内含子I和190 bp的内含子II。芹菜AgFS I基因编码355个氨基酸,属于20G-FeII_Oxy超级家族。序列分析结果显示,3种芹菜中AgFS I基因在核苷酸水平上有5个碱基的差异,编码的氨基酸有5个位点的差异。芹菜黄酮合成酶I(AgFS I)与其他来源植物的FSI氨基酸多重序列比对分析结果表明,该酶具有高度保守性。对AgFS I进行进化树分析,氨基酸序列的疏水性/亲水性分析,三级结构预测与分析,结果显示AgFS I与同属于伞形科的胡萝卜和孜然芹的FSI进化关系最近,AgFS I属于疏水性蛋白质,3种芹菜AgFS I的空间结构相似。

异黄酮合成酶基因高表达的大豆转基因愈伤组织的研究

目的获得异黄酮合成酶基因高表达的转基因大豆愈伤组织。方法利用根瘤菌介导的大豆转基因方法,将异黄酮合称酶基因质粒pCAMB IA1301-C IP的T-DNA部分转入大豆基因组中并诱导转基因愈伤。结果利用GUS染色法,确认外源质粒片段基本表达良好;利用PCR及反转录PCR(RT-PCR)确定外源基因片段的插入及IFS基因的表达情况良好。结论利用根瘤菌介导的转基因体系,可将外源异黄酮合成酶基因转入大豆基因组中并实现其表达,可为开发利用大豆异黄酮,以及为大豆异黄酮生物合成与调控研究提供依据。

忍冬属黄酮合成酶基因FNSⅡ密码子偏好性及进化分析

目的探讨忍冬属木犀草苷关键合成酶基因FNSⅡ在进化过程中形成的密码子使用模式及其与不同植物的亲缘关系,为实现木犀草苷异源高表达提供依据。方法利用Codon W、Clustal X、MEGA4.0及SPSS18.0软件,对23个不同物种的FNSⅡ基因及29条忍冬属FNSⅡ序列进行密码子偏好性和进化分析。结果植物FNSⅡ的平均有效密码子数(ENC)为52.29,表明该基因密码子偏好性较弱;ENC-Plot分析发现FNSⅡ基因密码子偏好性形成主要受突变压力的影响,但忍冬属FNSⅡ更多受到自然选择压力的影响。忍冬属FNSⅡ序列GC含量均值<50%,GC3s均值在50%左右,ENC均值为52.66,整体密码子偏好性较弱。基于FNSⅡ序列的系统进化聚类分析较相对同义密码子使用度(RSCU)聚类分析更符合传统的物种分类结果。酵母是忍冬FNSⅡ最佳外源表达系统,模式植物拟南芥、烟草均可作为忍冬FNSⅡ的遗传转化受体。结论忍冬属FNSⅡ序列表现出相似的密码子偏好性,可为忍冬属植物FNSⅡ基因的分类、演化与表达及植物育种研究提供依据。

光质对离体培养条件下绿色棉纤维发育及黄酮合成的影响

为探讨光质对绿色棉纤维生长发育和黄酮合成的影响,以绿色棉品种绿絮棉1号为材料进行离体培养,比较红光、黄光、蓝紫光、白光和暗处理条件下绿色棉胚珠鲜物质质量、纤维长度、纤维素含量、黄酮含量等生理和分子指标的差异。结果表明：光处理能够促进胚珠鲜物质质量的增加,但抑制了纤维的伸长。在纤维发育前期,各光处理抑制了蔗糖合成酶活性和蔗糖合成酶基因表达;纤维发育后期,白光处理提高了蔗糖合成酶活性,促进了蔗糖合成酶基因表达。红光、黄光和蓝紫光处理显著提高了β-1,3-葡聚糖酶活性（10~20 DAC（Days after culture））;红光、黄光和白光均能提高β-1,3-葡聚糖基因表达量,而蓝光则抑制了基因的表达。白光促进了纤维素的合成,而蓝紫光抑制了纤维素的合成。在纤维发育初期（10 DAC）,蓝紫光抑制了黄酮合成及其关键酶基因表达;而在发育后期（30~40 DAC）,白光处理能够促进黄酮的合成及其关键酶基因表达。可见,光质对绿色棉纤维发育及黄酮合成具有一定的影响。

金银花黄酮合成酶LjFNS基因克隆及序列分析

采用染色体步移的方法,首次从金银花中克隆得到LjFNS的基因组全长序列,并根据基因特异性引物克隆得到LjFNS的编码序列(coding sequence,简称CDS)。LjFNS基因全长为1 701 bp,有2个内含子和3个外显子。编码序列长1 593 bp,编码530个氨基酸。序列同源性分析表明,金银花LjFNS基因编码的CDS序列与拟南芥LOC9307309基因CDS序列相似度达89%。生物信息学分析结果显示,LjFNS基因编码蛋白中含有亚铁血红素配合基结合位点,属于细胞色素P450家族,蛋白含有跨膜结构域。LjFNS基因表达实时荧光定量PCR(q PCR)分析结果显示,LjFNS在金银花中的表达具有组织特异性与时间特异性,在白花中的表达量最高,表明该基因的表达可能与花的发育紧密相关。

忍冬属黄酮合成酶基因FNSII的SNP分析

为挖掘鉴别金银花与山银花的黄酮合成酶基因(flavone synthase II gene,FNSII)SNP位点,以基源确定的5个忍冬属(忍冬、灰毡毛忍冬、红腺忍冬、黄褐毛忍冬、华南忍冬)共计12个样本为研究对象,采用同源克隆法从各忍冬属植物中克隆FNSII基因,分析不同忍冬属植物中的SNP位点。结果显示:克隆分离到的各忍冬属FNSII基因的同源性和相似性高达95%以上;成功克隆获得红腺忍冬、黄褐毛忍冬和华南忍冬的FNSII序列;系统进化分析表明,获得的忍冬属序列与基源鉴定结果一致;通过序列比对,从12个样本中克隆得到的20条FNSII序列中鉴定到38个SNP位点,其中19个SNP位点可用于区分各种属,依据各种属间SNP的差异进行分型,获得5种基因型。

黑桫椤多器官全长转录组分析及类黄酮生物合成结构基因的挖掘

黑桫椤(Gymnosphaera podophylla Dalla Torre&Sarnth.)为著名的孑遗蕨类,具有很强的环境适应能力,然而其适应性机制尚不清楚。本研究采用PacBio和Illumina技术对黑桫椤的根、羽轴和羽片进行转录组测序,分别生成12879、14185和16084个全长unigenes。基因表达分析结果表明,与黑桫椤抗干旱、缺水胁迫和生物胁迫相关的基因表达水平较高。根、羽轴和羽片特异性上调基因均显著富集到KEGG代谢通路中的“苯丙烷生物合成途径”,根和羽轴的器官特异性上调基因还显著富集到“类黄酮生物合成途径”。共有192个全长unigenes被注释为类黄酮生物合成途径所涉及的13个酶结构基因,其中包括112个差异表达基因(DEGs),表明黑桫椤类黄酮生物合成途径较为保守,且存在器官特异性差异表达基因。本文对黑桫椤多器官全长转录组和类黄酮生物合成途径结构基因进行了综合分析,为进一步研究其对环境的适应性提供了丰富的遗传资源。