植物异黄酮合酶及其基因的研究进展

异黄酮合酶(IFS)具有催化黄烷酮的活性,同时也是异黄酮生物合成代谢途径中的关键酶。详细阐述了植物异黄酮合酶及其基因的研究进展。

大豆GmNAC011基因的分离及对异黄酮合酶基因GmIFS2的调控分析

通过对不同异黄酮含量品种大豆的转录组测序分析,发现GmNAC011基因在不同品种间的表达量存在显著差异。为了研究该基因的功能,根据大豆基因组序列设计引物,从大豆根系中克隆到GmNAC011基因完整的开放性阅读框(ORF)(Opening reading frame)序列,通过生物信息学对该序列进行分析,结果显示:该基因编码268个氨基酸,蛋白质分子量为31 k Da,理论等电点为8.3。进化树分析发现该蛋白与GmNAC2亲缘关系较近,属于NAC转录因子ATAF1亚家族。通过RT-PCR的方法分析了GmNAC011基因与异黄酮合酶基因GmIFS2在不同组织中的表达模式,结果显示GmNAC011与GmIFS2呈现相似的表达趋势,均为在花中表达量相对较低,而在根、茎、叶和荚中的表达量较高;通过酵母单杂交实验发现GmNAC011可以与GmIFS2基因启动子中的"CGTG"基序结合,这些结果说明了GmNAC011基因参与调控GmIFS2基因的表达,进而可以调控异黄酮的合成。

大豆异黄酮合酶基因的克隆及序列分析

目的:大豆异黄酮是多酚类混合物,有防治肿瘤发生,提高机体免疫力等多种保健功能。异黄酮合酶(isoflavone synthase,IFS)是合成异黄酮的关键酶。本文为了利用异黄酮的特有生物学功能,从大豆中克隆了该基因。方法:采用PCR扩增从大豆[Glycine max(Linn.)Merr.]总RNA中分离了异黄酮合酶基因,并将其克隆到pUCm-T载体并测序。结果:得到全长1583bp的片段。以期用于构建诱导表达基因敲除系统,并用于无性繁殖植物的无标记基因转化。结论:序列分析表明,异黄酮合酶基因(IFS1)含1583个核苷酸,与已报道的序列比较,核苷酸的同源性为92%。

岷山红三叶草异黄酮合酶基因的克隆及序列分析

从岷山红三叶克隆异黄酮合酶基因,并对序列进行比对和进化分析。建立岷山红三叶愈伤组织培养体系,采用RT-PCR扩增从愈伤组织总RNA中分离了异黄酮合酶基因,并将其克隆到pGEM-T Easy载体,测序,得到全长1575bp的片段。序列分析表明,异黄酮合酶基因含1575个核苷酸,和大豆等其他植物中异黄酮合酶具有很高的同源性。

野葛异黄酮合酶基因的分离与功能验证

异黄酮是野葛(Pueraria lobata)中的主要活性成分,而异黄酮合酶(IFS)是催化异黄酮生物合成的第一步关键酶,尽管野葛的IFS基因已被分离,但其功能还未得到任何验证。本研究以中国安徽省郎溪县的野葛为材料,利用RT-PCR技术成功克隆到野葛IFS基因,命名为PlIFS,PlIFS开放阅读框大小为1566 bp,编码521个氨基酸,将该基因克隆到GAL1启动子控制下的酵母表达载体pESC-TRP上,得到重组质粒pESC-TRP-PlIFS,通过LiAc/ssDNA/PEG方法将其转化进酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)WAT11中进行异源表达,并在酵母体内对其活性进行验证,结果显示PlIFS能催化甘草素生成大豆苷元,表现出异黄酮合酶活性特征。荧光定量PCR分析显示,PlIFS基因主要在野葛的根中表达,这与活性物质异黄酮主要在野葛根中的积累模式一致。

荧光茧色判性家蚕黄酮合酶Ⅰ(BmFNS Ⅰ)基因在家蚕组织内的表达差异

采用荧光定量PCR分别检测不同品种荧光判性家蚕雌、雄家蚕的中肠、丝腺和脂肪体中的黄酮合酶I(BmFNS I)基因的表达。结果表明,家蚕BmFNS I基因在各品种荧光判性家蚕中肠中的相对表达量最高,其次是脂肪体,在丝腺中的表达量较低,说明BmFNSI基因在对家蚕食物桑叶内的黄酮类化合物的合成代谢中起重要作用;但是在各品种荧光判性家蚕的雌、雄中肠中的表达并无明显差异,说明荧光判性家蚕雌、雄蚕在对桑叶内的黄酮类化合物的合成代谢途径上不存在差异,至少在FNS I基因所调节的黄酮类化合物的合成代谢上不存在差异。

甘草黄酮合酶Ⅱ催化甘草素特异性合成7,4'-二羟基黄酮

利用同源序列比对和分子进化树分析从胀果甘草转录组数据库中挖掘并成功克隆到2个黄酮合酶基因:Gur.gene26505和Gur.gene26116。经表征Gur.gene26505为黄酮合酶Ⅱ,具有催化甘草素特异性合成7,4′-二羟基黄酮的特性,而Gur.gene26116为黄烷酮2位羟化酶,可催化甘草素生成包括7,4′-二羟基黄酮在内的三种产物。进一步通过蛋白质结构预测、分子对接和分子动力学模拟探究了黄酮合酶Ⅱ(Gur.gene26505)催化合成7,4′-二羟基黄酮特异性的原因。由于Gur.gene26505活性口袋附近特有的刚性结构β片层使大位阻苯丙氨酸残基翻转至羟化中心下方,消除了羟化产物2-羟基甘草素进入脱水中心的阻力进而发生C_(2)-C_(3)位的脱水反应特异性生成7,4′-二羟基黄酮。最后通过基因过表达、反应条件优化和强化菌体生长建立了7,4′-二羟基黄酮特异性合成的最佳细胞催化工艺,使甘草素转化率达到了76.67%。

荧光茧色判性家蚕黄酮合酶Ⅰ(BmFNS Ⅰ)基因在家蚕组织内的表达差异(英文)

采用荧光定量PCR分别检测不同品种荧光判性家蚕雌、雄家蚕的中肠、丝腺和脂肪体中的黄酮合酶Ⅰ(BmFNS Ⅰ)基因的表达。结果表明,家蚕BmFNSI基因在各品种荧光判性家蚕中肠中的相对表达量最高,其次是脂肪体,在丝腺中的表达量比较低,说明BmFNSI基因在对家蚕食物桑叶内的黄酮类化合物的合成代谢中起重要作用;但是在各品种荧光判性家蚕的雌、雄中肠中的表达并无明显差异,说明荧光判性家蚕雌、雄蚕在对桑叶内的黄酮类化合物的合成代谢途径上不存在差异,至少在FNSI基因所调节的黄酮类化合物的合成代谢上不存在差异。

植物的异黄酮合酶(IFS)

植物异黄酮是在植物次生代谢过程中产生的一类多酚混合物。其对植物自身防御病虫害和诱导根瘤形成以及人类预防或治疗激素相关的多种疾病都有作用。异黄酮合成的关键酶是异黄酮合酶(isoflavone synthase,IFS)。本文就异黄酮的代谢途径、IFS催化机制、基因克隆和转基因的研究进展作简单介绍,并讨论了IFS基因与根瘤菌之间可能的关系。

通过转录组测序挖掘三叶青黄酮类物质生物合成的相关基因

目的:通过转录组测序挖掘三叶青黄酮成分生物合成相关基因。方法:三叶青叶经过Illumina HiSeq 4000高通量测序,获得转录组数据,通过数据组装、拼接及注释,挖掘三叶青黄酮类物质生物合成的相关基因。结果:5个三叶青样品获得111.281Gb数据,使用trinity组装,得到626199个transcripts,获得396496个unigenes,将unigenes与NR、Swiss-prot、STRING、GO、KEGG、Pfam这6个数据库进行对比分析。分析KEGG代谢通路,获得3条与黄酮物质合成的代谢通路。黄酮类物质生物合成的相关基因有:黄酮类31条,异黄酮类2条;黄酮和黄酮醇3条。与三叶青黄酮成分合成相关的酶有:查尔酮合成酶(CHS),查尔酮异构酶(CHI),柚皮素-3-双加氧酶(F3H)等九种酶。结论:首次基于三叶青转录组测序数据,获得三叶青黄酮类成分生物合成的关键酶基因,为后续三叶青基因功能的研究提供数据支持。

大豆异黄酮生物合成途径中IFS1基因表达分析

在异黄酮合成途径中,异黄酮合酶(Isoflavone synthase,IFS)基因起着重要作用,为此,分析了IFS1基因(IFS基因的同源基因之一)在大豆中的表达特点。组织表达分析表明,IFS1基因在根、茎、叶、花、籽粒、豆荚和胚中均有表达,其中在较嫩的组织(萌发7 d的豆苗根、茎、叶)中表达量较高,在较老的组织(生长70 d的豆苗根、茎、叶)中表达量较低,在开花后25,45 d的籽粒和豆荚及花中表达量也较低,而在成熟胚中IFS1基因表达量较高,推测该基因在胚形成早期就已经完成了大豆异黄酮的积聚过程。不同非生物胁迫的诱导表达分析表明,IFS1基因不同程度地受IAA、ABA、PEG、NaCl、低温和创伤胁迫诱导表达,表明该基因参与了大豆的逆境应答。

异黄酮生物合成途径研究进展

大豆异黄酮是一类具有重要保健功能的酚类次级代谢物,是大豆品质的重要指标之一。在植物代谢过程中,大豆异黄酮的表达丰度具有组织和环境因子特异性,在植物生态防御、根瘤形成、人类健康方面具有重要作用。因此,提高大豆中的异黄酮含量对大豆品质改良有重要意义。该研究就大豆异黄酮生物合成途径研究进展做一综述。

基于转录组学的粉葛葛根素生物合成相关基因挖掘

挖掘与粉葛葛根素生物合成的相关基因,为相关控制基因的验证及深入研究提供理论参考。对6个生长时期的粉葛块根进行转录组测序,在葛根素含量最高时期与最低时期初步筛选差异表达基因,对各时期葛根素及其上下游代谢物含量变化趋势与差异表达基因相对表达量进行相关性分析,最终挖掘出相关性较高的基因片段。结果表明,经2步筛选差异基因后,挖掘11个与粉葛葛根素生物合成相关的片段,共编码3个基因,分别为异黄酮羟化酶控制基因(I2′H)、异黄酮7-O-葡糖苷转移酶控制基因(IF7GT)和异黄酮合酶控制基因(IFS1),其中I2′H、IF7GT、IFS1均与葛根素的生物合成呈现正向相关,即均正向调控葛根素的生物合成。说明I2′H与IF7GT所编码的酶主要负责调控大豆苷元向芒柄花素和大豆苷的合成,两者同为葛根素上游代谢物的支链代谢物,因此与葛根素的含量呈正向相关,而IFS1则通过调控2,7,4′-3-羟基异黄酮的生物合成与异甘草素向葛根素的直接合成,最终调控葛根素生物合成进程。

柚皮素酶法结构修饰的研究进展

柚皮素具有多种生物活性,但是水溶性较差,植物中存在多种酶能够对柚皮素进行结构修饰,生成的柚皮素衍生物能够增加水溶性、提高生物利用度,甚至可以增强或者增加其生物活性。本文综述了在植物中部分对柚皮素具有活性的酶的来源、作用机理、应用情况及研究水平。

大豆籽粒异黄酮含量与IFS1基因相对表达量的关系

异黄酮合酶基因(isoflavone synthase,IFS)是合成异黄酮的关键酶基因之一,能够在转录水平对异黄酮的生物合成进行调控。为研究大豆籽粒中IFS基因与大豆异黄酮合成的关系,本研究选择8个不同地理来源的大豆品种,利用高效液相色谱法(HPLC)测定大豆籽粒中异黄酮4种主要组分含量(染料木素,大豆甙元,染料木甙和大豆甙),并利用荧光定量PCR的方法测定了IFS1基因(IFS基因的同源基因之一)在大豆籽粒中的相对表达量。结果表明:大豆异黄酮4种主要组分含量在不同品种中差异较大,在所测试的品种中,中品03-5368和中豆27籽粒的总异黄酮含量较高,分别达到1 873.136μg/g、1 526.203μg/g,兴县灰皮支和Wiliams82总异黄酮含量较低,分别为1 258.591μg/g和1 255.300μg/g;大豆籽粒中大豆异黄酮总含量与籽粒中IFS1基因的相对表达量呈显著正相关(r=0.995 5,P<0.000 1),大豆异黄酮4种主要成分中的染料木素和大豆甙与IFS1基因的相对表达量也成正相关,这一结果说明IFS1基因作为苯丙氨酸合成路径中进入异黄酮合成途径的第一个酶,在异黄酮化合物合成中起关键作用。本研究不仅可以为明确大豆异黄酮合成途径中IFS基因分子调控机理提供科学理论依据,而且能够为高异黄酮生物合成和大豆品质改良奠定理论基础。

根癌农杆菌介导IFS基因对岷山红三叶遗传转化研究

以岷山红三叶草为试材,以其子叶和叶柄的愈伤组织为受体,采用根癌农村菌介导法,研究其遗传转化的条件,以期建立根癌农杆菌介导的异黄酮合酶IFS基因遗传转化体系。结果表明:利用该转化体系,获得的抗性愈伤组织,通过提取其基因组进行PCR扩增鉴定,证实为转化子。提示根癌农杆菌介导转化岷山红三叶愈伤组织是完全可行的,为利用基因工程方法改良红三叶的品种并获得高产异黄酮品系奠定了基础。

大豆浅棕茸毛色基因Td的克隆与功能分析

大豆的茸毛色由T和Td两个基因控制。在显性T位点下,Td和td分别形成棕色和浅棕色茸毛表型。影响茸毛色形成的黄酮化合物由黄酮合成酶基因FNS Ⅱ-1和FNS Ⅱ-2催化合成。本研究旨在定位并克隆Td基因。遗传连锁分析结果表明Td基因由单个基因控制,定位于3号染色体上。基因组的序列比对及测序分析结果表明,td位点在R2R3-MYB转录因子(Glyma.03G258700)编码区均存在突变,导致翻译提前终止。与野生型Harosoy-T相比,基因Glyma.03G258700,FNS Ⅱ-1和FNS Ⅱ-2在Clark-td茸毛中的表达水平极低。基因FNS Ⅱ-1和FNS Ⅱ-2启动子区均包含与MYB蛋白结合的顺式调控元件。这些结果表明,野生型Glyma.03G258700可能与FNS Ⅱ基因的启动子结合,正调控其表达,提高黄酮含量,形成棕色茸毛。相反,突变型的Glyma.03G258700不能与FNS Ⅱ基因的启动子结合,黄酮含量降低,形成浅棕茸毛。因此,推测Td位点的基因为Glyma.03G258700,编码一个R2R3型MYB转录因子。

5-氮杂胞苷影响LjFNS Ⅱ1.1和LjFNS Ⅱ2.1催化金银花木犀草素和木犀草苷合成机制的研究

该研究通过对金银花叶片进行不同时间(1,2,3 d)与不同浓度(20,40,60,80,100μmol·L-1)的5-氮杂胞苷处理,探索5-氮杂胞苷影响黄酮合酶FNSⅡ催化木犀草素和木犀草苷合成的机制。首先对Lj FNSⅡ1.1,Lj FNSⅡ2.1进行克隆;其次UPLC-MS/MS测定金银花叶中木犀草素与木犀草苷的含量,以及Real-Time PCR分析Lj FNSⅡ1.1,Lj FNSⅡ2.1的表达水平,结果表明Lj FNSⅡ1.1,Lj FNSⅡ2.1基因的表达水平与木犀草素的含量变化趋势大体一致,但与木犀草苷的含量变化相关性不显著;同时发现二者之间的表达水平略有差异。研究结果表明,5-氮杂胞苷处理金银花叶片后,Lj FNSⅡ1.1,Lj FNSⅡ2.1的表达水平上升,从而调控木犀草素和木犀草苷的含量升高,为研究Lj FNSⅡ1.1,Lj FNSⅡ2.1催化木犀草素和木犀草苷合成机制提供技术支撑和理论基础。