天香百合、药百合黄酮醇合成酶FLS基因克隆和表达分析

以天香百合(Lilium auratum)和药百合(L.speciosum var.gloriosoides)为研究材料,分别克隆获得黄酮醇合成酶(flavonol synthase, FLS)基因,命名为LaFLS和LsFLS。实验结果表明,LaFLS和LsFLS基因均含完整的开放阅读框1 035 bp,均编码344个氨基酸,氨基酸序列高度保守,均具有DIOX-N结构域和2-酮戊二酸和铁(Ⅱ)依赖性双加氧酶结构域,属于2-酮戊二酸和铁(Ⅱ)依赖性双加氧酶超家族;系统进化分析表明,LaFLS和LsFLS除与东方系百合西伯利亚和索邦的FLS亲缘关系最近外,与百合科郁金香(Tulipa fosteriana)等亲缘关系较近;生物信息学分析显示,LaFLS和LsFLS蛋白无信号肽序列和跨膜结构域,均为亲水性蛋白,亚细胞定位结果显示二者主要定位在细胞质中。基因表达分析结果表明,在花蕾发育过程中,LaFLS和LsFLS随花蕾发育出现先上升后下降再上升的趋势,而且在花被片无色区的表达量显著高于有色区域。

斑地锦黄酮醇合成酶基因(EmFLS)及其启动子克隆及表达分析

【目的】克隆斑地锦黄酮醇合成酶基因(EmFLS)及其启动子序列,并检测EmFLS基因在斑地锦不同生长期不同组织中的表达模式,为后续研究该基因对黄酮醇化合物生物合成的调控机制提供理论参考。【方法】以斑地锦为材料,采用cDNA末端快速扩增(RACE)技术和热不对称交互式PCR(Tail-PCR)技术克隆EmFLS基因及启动子序列,对其进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR检测其在不同生长期不同组织中的表达模式。【结果】扩增获得EmFLS基因开放阅读框(ORF)(GenBank登录号ON821211.1),长度为1002 bp,编码333个氨基酸残基,蛋白相对分子质量为37.62 kD,定位于细胞质,为不稳定的亲水性蛋白,属于2OG-Fe(II)加氧酶超家族。EmFLS蛋白与其他13种植物FLS蛋白的氨基酸序列相似性为63.55%~70.51%,其中与木薯FLS蛋白的氨基酸序列相似性最高,且在系统发育进化树上处于一个独立的分支。EmFLS基因启动子约1800 bp,除含有真核生物启动子核心元件TATA-box和CAAT-box外,还含激素响应、胁迫响应和光响应等顺式作用元件。EmFLS基因在营养生长期和生殖生长期的根、茎、叶和果中均有表达,但在根和茎中的相对表达量显著高于叶和果(P<0.05,下同),斑地锦从营养生长期到生殖生长期EmFLS基因在根和茎中的相对表达量显著下降,而在叶中无显著变化(P>0.05)。【结论】EmFLS基因表达具有组织特异性,且在根和茎中具有发育阶段特异性,推测EmFLS基因主要参与调控斑地锦根和茎中黄酮醇化合物的生物合成。

紫山药黄酮醇合成酶DaFLS1基因的克隆和表达分析

为了解黄酮醇在紫山药中的合成特点,利用3'-和5'-RACE技术从紫山药中分离到黄酮醇合成酶Da FLS1基因编码序列(Gen Bank登录号:KJ022640)。Da FLS1基因编码序列全长为1 113 bp,其开放阅读框长度为1 005 bp,编码334个氨基酸。Da FLS1蛋白质属于水溶性胞质不稳定蛋白质,无跨膜区和信号肽结构。保守区域分析结果显示,Da FLS1蛋白质属于α-酮戊二酸和二价铁离子依赖型的加氧酶家族[2OG-Fe(II)Oxygenase superfamily];Da FLS1氨基酸序列与水仙(AFS63900)同源性最近(75%),其次是洋葱(AAT68476,74%),与金鱼草(ABB53382)的同源性仅为66%。系统进化分析结果显示,紫山药与其他作物亲缘关系较远。Da FLS1在紫山药幼嫩叶片中表达水平最高,并且在紫山药幼叶中的表达有2个高峰期,而在其他组织中的表达量极低或不表达,即Da FLS1在紫山药中的表达情况符合黄酮醇合成酶基因(FLS)的特征。上述结果说明,得到的基因为紫山药黄酮醇合成酶基因Da FLS1,具有FLS基因的生物信息学特征和表达特征。

不同植物黄酮醇合成酶FLS的生物信息学分析

采用生物信息学方法和工具分析19种不同植物中的黄酮醇合成酶基因的核苷酸序列及编码氨基酸序列,对其理化特性、功能结构域、亲/疏水性、二级结构、信号肽、跨膜结构域以及分子系统进化关系等进行预测和推断,并构建分子进化树。结果表明,不同植物FLS基因的开放阅读框全长在1.0 kb左右,编码蛋白含330余个氨基酸,呈酸性,是一个没有任何信号肽、转运肽和跨膜结构域的亲水性蛋白。不同植物FLS氨基酸序列包含有黄酮醇合成酶功能域,而且α-螺旋和不规则盘绕是其蛋白质二级结构的最大量结构元件。19个植物FLS在分子进化树中主要聚成3小支,来源于同科植物的FLS首先聚在一起,再与其他物种FLS聚在一起,进化分析在一定程度上反映了这些物种FLS的进化关系。

玫瑰黄酮醇合成酶FLS基因的克隆及生物信息学分析

本研究目的在于克隆玫瑰FLS基因,并对其进行生物信息学分析,为今后玫瑰新品种培育奠定基础。以玫瑰野生类型‘珲春’(Rosa rugosa‘Hunchun’)为试材,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中获得了玫瑰黄酮醇合成酶(Flavonol synthase,FLS)基因的cDNA全长,命名为RrFLS。经生物信息学分析,该基因全长1287bp,开放阅读框1005bp,编码335个氨基酸,其蛋白分子式为C_(1731)H_(2681)N_(443)O_(502)S_9,相对分子质量为38018.54Da,pI=5.85,该蛋白不稳定系数为34.10,属于稳定蛋白,未检测到信号肽及剪切位点。系统进化树分析表明,玫瑰FLS与同科植物亲缘关系较近,其中与桃、蔷薇、草莓亲缘关系最近,与其他植物亲缘关系相对较远。

枇杷黄酮醇合成酶FLS基因表达与黄酮醇积累的相关性分析

以解放钟枇杷为材料,分析果实发育过程中黄酮醇合成酶(Flavonol Synthase,FLS)基因表达与黄酮醇积累的相关性,进而探讨枇杷果实黄酮醇积累的分子机制。利用高效液相色谱法(HPLC)对不同时期枇杷果实黄酮醇含量进行测定,通过RT-qPCR技术检测了不同发育时期果实黄酮醇合成酶FLS基因的表达量。结果表明:枇杷果实中以黄酮醇含量最高,其次是二氢黄酮醇。黄酮醇含量在成熟过程中总体呈现下降趋势,特别在果实发育前期(花后55~65d)其含量下降幅度较大;而二氢黄酮醇含量呈上升趋势,黄酮醇合成酶FLS基因的表达量变化与黄酮醇含量变化趋势相似。枇杷果实不同时期的黄酮醇合成酶FLS基因表达量与黄酮醇含量呈显著正相关,但与二氢黄酮醇含量呈显著负相关,表明黄酮醇合成酶FLS基因对枇杷果实黄酮醇的合成具有明显的正调控作用。

高良姜黄酮醇合成酶基因的生物信息学分析

在前期建立的转录组数据中注释获得高良姜黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)编码基因序列,通过生物信息学分析软件对该基因及其编码蛋白进行序列分析,探讨其编码蛋白的理化性质、亲/疏水性、高级结构、保守功能域以及系统发育关系,并运用fragments per kilobase of exon per million reads mapped (FPKM)法计算该基因在高良姜不同组织中的表达差异。获得的高良姜FLS基因含有1005 bp的开放阅读框,编码含有334个氨基酸的蛋白质。编码蛋白的序列分析发现,高良姜FLS蛋白分子量约为38.2 kDa,属于亲水性、混合结构型蛋白,不含有跨膜结构域并定位在细胞质;具有黄酮醇合成酶保守功能域。FLS基因在高良姜不同组织中的表达趋势为根茎>茎>叶片。上述结果可为后续利用该基因调控高良姜黄酮醇类成分的生物合成奠定基础。

烟草黄酮醇合成酶基因的克隆及其序列分析

根据已知的黄酮醇合成酶cDNA保守序列设计引物,用RT-PCR技术从烟草叶片中扩增获得黄酮醇合成酶cDNA片段,再用RACE方法得到其两端序列。根据获得的序列,设计引物分离得到完整的1188bp的黄酮醇合成酶基因,其开放阅读框编码346个氨基酸。序列分析显示,烟草黄酮醇合成酶与高杯花、矮牵牛和马铃薯的同源性分别为87%、86%和84%,与其它物种中的同源性也在80%左右,表明不同物种中黄酮醇合成酶基因具有高度同源性。此外,在氨基酸水平上,该酶与其它依赖于2-酮戊二酸的双加氧酶及其相关酶也具有同源性。

金银花黄酮醇合成酶基因全长克隆及其序列分析

根据已知的其它物种黄酮醇合成酶cDNA保守序列设计引物,用RT-PCR技术从金银花叶片中扩增获得黄酮醇合成酶基因部分cDNA序列,再用RACE技术获得其两端序列。序列拼接得到完整的1 248 bp的黄酮醇合成酶基因,根据获得的序列,设计引物扩增获得1 001 bp的开放阅读框,编码333个氨基酸。序列分析显示,金银花黄酮醇合成酶与烟草、马铃薯和桔梗的同源性分别为86%、83%和80%,与其它物种的同源性也在80%左右,表明不同物种中黄酮醇合成酶基因具有高度同源性。

茶树黄酮醇合成酶基因的克隆与原核表达

本研究采用EST测序技术和RT-PCR技术,获得了一个茶树茶多酚代谢中的重要基因——黄酮醇合成酶(FLS)基因,在GenBank登录(GenBank accessionNo.EF205150),其序列全长1317bp,其中开放阅读框长996bp,编码331个氨基酸,3'端有一个明显的多聚腺苷酸加尾信号,推测的蛋白分子量约为37.5kD,理论等电点为5.80。序列分析表明它与葡萄FLS基因序列的亲缘关系比较近。将该基因重组到表达载体pET-32a(+)中进行原核表达,经IPTG诱导、SDS-PAGE检测,结果表明茶树黄酮醇合成酶基因能在大肠杆菌BL21中表达,电泳检测到一条大约61kD的外源蛋白,与预测的融合蛋白分子量相符。用Ni-NTA亲和层析柱对融合蛋白进行纯化,得到了纯度在90%以上的纯化蛋白,为进一步研究PET-FLS融合蛋白的活性及功能奠定了基础。

洋葱黄酮醇合成酶基因的克隆与表达分析

黄酮醇合成酶(flavonol synthase, FLS)是植物黄酮醇生物合成途径中的关键酶。本研究克隆了洋葱黄酮醇合成酶基因AcFLS,其编码序列长度为927 bp,编码309个氨基酸。AcFLS蛋白为亲水性胞质不稳定蛋白,二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,属于α-同戊二酸和二价铁离子依赖型加氧酶家族。AcFLS的氨基酸序列与洋葱、虎眼万年青、石刁柏FLs蛋白的同源性分别为91.34%、76.42%、74.63%。实时定量PCR结果显示,AcFLS基因在洋葱中的表达具有组织特异性,表现为叶鞘中表达量最高,叶片次之,根中极少表达;在鳞茎膨大过程中AcFLS基因的表达量呈先升高后降低的趋势,在膨大盛期达到最高值;但AcFLS基因在紫皮、黄皮洋葱中的表达水平并无显著差异。该研究为进一步探明洋葱鳞茎颜色产生的机理奠定了基础。

FLS基因调控玉兰与紫玉兰花色形成的机制研究

黄酮醇合成酶(FLS)是植物黄酮醇合成途径中的关键酶。为探究FLS对玉兰属植物花色形成的影响,以玉兰(Yulania denudata)和紫玉兰(Yulania liliiflora)为研究对象,利用超高效液相色谱技术(UPLC)测定其花开放五个关键时期的花被片黄酮醇含量;基于转录组数据对玉兰和紫玉兰的FLSs基因进行克隆;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析玉兰与紫玉兰不同组织和开花五个关键时期的FLSs基因表达量;通过洋葱表皮细胞瞬时转化对FLSs蛋白进行亚细胞定位;通过异源转化烟草进行FLSs基因功能验证,并利用qRT-PCR和UPLC分析转基因烟草花冠中黄酮醇含量差异。结果表明,玉兰花被片黄酮醇含量随花开放呈现先升高后降低的趋势,紫玉兰花被片黄酮醇含量逐渐下降。YdFLS和YlFLS具有序列保守性,在不同组织中均有表达,YdFLS在花中表达量最高,YlFLS在嫩叶中表达量最高;在花开放进程中,YdFLS表达量逐渐升高,至盛开期最高,而YlFLS则表现相反的表达模式。YdFLS与YlFLS都定位于细胞质;YdFLS和YlFLS过表达烟草植株花冠的颜色变浅,黄酮醇含量增加且花青素苷积累被抑制。综上,本研究验证了FLS基因在玉兰属植物花色形成过程中功能保守,发挥促进黄酮醇合成的作用,其转录水平的差异是各色花色形成的主要原因。本研究结果揭示了FLS基因在玉兰属植物花色形成中发挥着重要功能。

中药青天葵黄酮醇合成酶基因的克隆与生物信息学分析

【目的】克隆中药青天葵黄酮化合物生物合成途径的关键调控酶—黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)基因并分析其序列特征及编码蛋白的功能。【方法】在前期青天葵转录组测序获得的FLS基因序列片段的基础上,通过cDNA末端快速扩增技术(RACE-PCR)克隆FLS基因的cDNA全长及其编码区;利用生物信息学方法对其编码蛋白进行同源性比对和功能分析。【结果】青天葵FLS基因cDNA全长1268 bp,其中包含993 bp的开放阅读框,编码331个氨基酸。编码蛋白的氨基酸序列预测显示,青天葵FLS蛋白为酸性、亲水性蛋白,分子量约为37.3 kDa;不含有信号肽、转运肽和跨膜结构域,可能定位于细胞质中;具有黄酮醇合成酶保守功能域,与铁皮石斛等同科植物FLS蛋白的同源性可达82%。【结论】成功克隆了青天葵黄酮醇合成酶基因,为后续的基因功能鉴定和生物合成调控,进而提高青天葵黄酮类药效成分积累奠定了基础。

金花茶FLS基因的克隆及其植物表达载体的构建

利用RT-PCR和RACE技术,从我国珍稀濒危植物金花茶花瓣中获得了黄酮醇合成酶(Flavonol synthase,FLS)基因的cDNA全长,命名为CnFLS,GenBank登录号JF343560.1。根据该基因序列设计全长扩增引物P3/P4进行PCR扩增,将扩增产物插入PMD18-T载体并转化克隆菌株DH5α,提取质粒DNA酶切鉴定,通过酶切连接的方法将该基因与改造后的pCAMBIA1300表达载体连接,成功构建了该基因的正义表达载体pCAM-CnFLS。根据该基因的保守序列设计了含有酶切位点的特异引物G1/G2,扩增出250 bp的干扰片段并将其克隆到PMD18-T载体,在中间载体pUCCRNAi及表达载体pCAMBIA1300的基础上,通过多次酶切连接,成功构建了金花茶FLS基因的干扰表达载体pCAMRNAi-CnFLS。金花茶正义及干扰植物表达载体的成功构建,为进一步研究该基因的功能及其对花色的调控效应奠定了基础。

葡萄风信子FLS1基因克隆及其表达与花色性状之间的关联性分析

黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)是类黄酮合成分支路口重要的节点酶。FLS基因的表达不仅影响着黄酮醇合成,也影响着花青素苷积累和花色呈现。本研究采用PCR技术从葡萄风信子‘白丽人’中克隆到一条FLS基因(MaFLS1)。序列分析表明,MaFLS1cDNA全长1 152bp,编码383个氨基酸。同源比对及进化分析表明,MaFLS1属于2-酮戊二酸与Fe+2依赖型双加氧酶蛋白,具有典型的FLS蛋白功能域、DHQ底物特异结合位点、Fe2+和2-酮戊二酸绑定位点;MaFLS1与海枣、油棕的FLS同源性最高,可达74%~75%,与拟南芥、矮牵牛等模式植物亲缘关系较远。荧光定量PCR分析发现,MaFLS1基因在葡萄风信子中为非组织特异性表达模式,其根中表达量最高,鳞茎及花中的表达量其次,叶片中表达量最低;MaFLS1在3个不同花色的葡萄风信子品种5个不同花发育时期表达差异显著,在白色品种‘白丽人’花发育的早期(S1和S2)时期表达较高,粉色品种‘粉日出’和蓝色品种‘亚美尼亚’晚期(S3和S4)表达量最高。本研究为进一步探讨葡萄风信子FLS基因在花色呈现中的功能及黄酮醇支路的分流竞争对花色的影响提供基因资源和依据。

葡萄风信子MaFLS基因克隆与表达分析

该研究利用PCR技术从葡萄风信子‘亚美尼亚’中克隆了1个黄酮醇合成酶(FLS)基因,命名为MaFLS。MaFLS的cDNA全长为1 076bp,开放阅读框为999bp,编码332个氨基酸,推测的蛋白质分子量38.51kD,理论等电点为5.09。同源比对和系统进化分析表明,MaFLS基因编码的氨基酸具有黄酮醇合成酶典型的2-ODD超家族保守结构域,与拟南芥和高粱FLS一致性分别为60%和83%。半定量PCR和荧光实时定量PCR表达分析表明,MaFLS在花器官中高表达,在根、茎、叶中微量表达,在完全未着色的花蕾期开始表达并于花完全开放未着色时期到达峰值,之后随花发育表达量逐渐降低。原核表达检测到1条大约38kD的外源蛋白,与预测的蛋白分子量相符。该研究结果为进一步探讨葡萄风信子MaFLS基因对黄酮类物质合成的调控作用奠定了基础。

藤茶查尔酮合成酶基因AgCHS1的克隆及功能鉴定

【目的】查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物类黄酮生物合成的第一个关键酶,从藤茶中克隆AgCHS1,分析其序列特征及其在藤茶中的组织表达特异性,通过体外酶活性检测和烟草遗传转化对其功能进行鉴定,为进一步研究藤茶类黄酮累积的调控机理提供理论基础。【方法】根据藤茶转录组测序结果设计引物,以藤茶叶片c DNA和基因组DNA为模板,PCR扩增得到AgCHS1。利用生物信息学方法分析该基因的序列特征,使用MEGA6和DNAMAN软件进行多重序列比对,并构建系统进化树。通过原核表达系统获得AgCHS1的重组蛋白,分析该重组蛋白对底物的催化活性,并通过高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)对酶促反应产物进行鉴定。利用qRT-PCR技术对AgCHS1在藤茶不同器官的表达水平进行分析,并采用硝酸铝比色法测定相应的总黄酮含量变化。构建植物过量表达载体,通过叶盘法转化烟草,筛选阳性转基因后代,对T2代株系花瓣中的花青素和黄酮醇含量进行检测。【结果】AgCHS1的ORF长1182 bp,编码393个氨基酸,基因组序列长1315 bp,含2个外显子和1个内含子。生物信息学分析表明,AgCHS1为稳定的亲水蛋白。通过与其他物种的CHS蛋白多序列比对发现,AgCHS1含有查尔酮合成酶家族的特征序列和活性位点残基,包括丙二酰CoA结合位点和三联活性中心位点,与其他物种的CHS序列一致性较高。系统进化分析显示,AgCHS1与葡萄、山葡萄的CHS处于同一进化分支,亲缘关系最近。荧光定量PCR结果表明,AgCHS1在成熟叶和花中的表达量最高,在老叶中的表达量最低。藤茶不同器官的总黄酮含量与AgCHS1表达水平呈显著正相关。体外酶活性分析显示,重组的AgCHS1蛋白可以催化底物对-香豆酰辅酶A和丙二酰辅酶A生成柚皮素,说明该蛋白具有查尔酮合成酶活性。获得5株烟草转基因阳性株系,其中2株的花瓣颜色明显加深;与对照相比,转基因株系OE3、OE4花瓣中的花青素含量分别提高56.6%和25.3%,OE3的黄酮醇含量没有显著差异,OE4的黄酮醇含量提高39.1%。【结论】AgCHS1是藤茶中催化合成查尔酮的关键酶,过量表达AgCHS1可以提高转基因植物中花青素和黄酮醇的含量。

红花檵木LcFLS1基因的克隆及其表达与转化研究

该研究以红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)为材料,根据转录组测序结果和PCR方法克隆到1个黄酮醇合成酶(FLS)同源基因,命名为LcFLS1。生物信息学分析显示,LcFLS1的开放阅读框为996bp,编码331个氨基酸。氨基酸序列分析显示,LcFLS1具有典型的2-酮戊二酸和铁依赖性双加氧酶结构域;蛋白结构预测表明,球形蛋白结构的核心区域存在10个与2-酮戊二酸配体互作的位点。进化树分析结果表明,LcFLS1与茶树(Camellia sinensis)等木本植物的亲缘关系较近,而与拟南芥(Arabidopsis thaliana)等草本植物的亲缘关系较远。荧光定量PCR检测显示,LcFLS1在红花檵木的花中相对表达量最高,而在茎中最少。成功构建了LcFLS1基因的过表达载体pLcFLS1-SUPER1300,经农杆菌侵染花序法将pLcFLS1-SUPER1300质粒转入拟南芥中获得转基因植株,PCR鉴定表明获得了转LcFLS1基因拟南芥阳性植株。该研究结果为红花檵木黄酮醇的生物合成机制研究,以及药用价值的开发利用奠定了基础。

罗布麻黄酮醇合成酶基因克隆及其生物信息学分析

通过RT-PCR技术和RACE方法克隆了罗布麻黄酮醇合酶基因,基因全长1 212 bp,其完整开放阅读框为1 008 bp,该基因被命名为AvFLS,序列分析表明其编码335个氨基酸,预估其蛋白质相对分子量为38.39 kD,等电点p I值为6.11,进化分析表明,AvFLS在进化关系上与马铃薯StFLS和花烟草NaFLS的亲缘关系最近,空间结构分析表明,AvFLS属于依赖2-酮戊二酸的双加氧酶家族,具有该家族蛋白保守的结构域、结合位点、活性位点及氨基酸。其蛋白质二级结构由24.48%的α-螺旋、15.52%的延伸主链和60%的随机卷曲构成。不存在信号肽、跨膜区,属于一种亲水性蛋白,定位在细胞质的概率较大。

红花黄酮醇合成酶基因片段的克隆及表达分析

目的克隆红花花瓣中的黄酮醇合成酶(flavonol synthase,FLS)基因并研究其在不同开花时期的表达量。方法根据红花花瓣转录组测序结果挑选FLS基因的设计引物,以红花花瓣总RNA为模板,采用RT-PCR的方法扩增FLS基因片段并连接到PEASY-T1载体上,阳性克隆经PCR检测后进行测序。结果获得了224 bp的序列,将获得的序列在NCBI上进行Blast比对,该基因与其他物种的FLS基因具有较高的同源性。结论克隆了红花FLS基因中间片段,根据FLS基因片段设计引物,对红花不同品种不同开花时期进行荧光定量PCR分析,红花FLS基因在吉红油姊妹系的盛花期表达量最高。