陆地棉4-香豆酸辅酶A连接酶基因Gh4CL30的功能分析

【目的】研究4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)家族基因Gh4CL30的生物学功能,为棉花株型育种提供理论依据和基因种质资源。【方法】利用病毒诱导的基因沉默技术和基因编辑技术获得Gh4CL30沉默和编辑植株,测定该基因抑制及敲除植株的黄酮和木质素含量,调查棉花田间表型性状、种子大小和纤维品质。【结果】Gh4CL30基因沉默和敲除植株中木质素合成相关基因表达量显著下降,4-香豆酸辅酶A连接酶含量显著减少,茎秆中木质素含量显著降低,其株高、种子大小和纤维长度显著降低。【结论】Gh4CL30通过调控棉花木质素生物合成功能影响其生长发育。

苎麻4-香豆酸辅酶A连接酶-1基因的克隆与分析

为了抑制苎麻木质素代谢关键酶基因的表达,克隆苎麻内源木质素代谢关键酶的基因,为通过基因手段降低木质素含量奠定基础。以苎麻为材料,采用PCR方法,以简并引物从苎麻基因组DNA模板中,首次克隆了其木质素代谢关键酶基因4-香豆酸辅酶A连接酶-1基因(4CL-1)的DNA部分序列,长度为983bp;采用RT-PCR的方法,以特异引物,从苎麻茎RNA反转录的cDNA为模板中,首次克隆了苎麻4CL-1cDNA核心序列,长度为110bp;经生物信息学方法分析,得知所获得的基因序列编码一段含37个氨基酸残基的多肽,该多肽与几个酰基合成酶和AMP结合酶的同源性较高,可以推论其编码了AMP形成与结合的保守区域。

棉花4-香豆酸辅酶A连接酶基因克隆及原核表达

本研究从棉花中克隆了一个4CL基因,命名为Gh4CL2(GenBank登录号为FJ848870)。研究结果表明:Gh4CL2基因cDNA全长2332bp,具有一个1725bp的开放阅读框,5′非编码区为64bp,3′非编码区为543bp,编码574个氨基酸,预测分子量约为62.106kD,等电点为5.94。氨基酸同源性分析发现,Gh4CL2与来自白杨、大豆和紫草的4CL一致性较高。进一步研究Gh4CL2基因的功能,构建了该基因的原核表达载体pET-28a-4CL2,经酶切鉴定后转化到大肠杆菌BL21(DE3)中。SDS-PAGE分析表明,最佳诱导表达条件为0.5mmol/LIPTG在37℃下诱导4h,重组蛋白主要以包涵体形式出现。

青稞4-香豆酸辅酶A连接酶基因4CL的克隆及表达分析

为了进一步了解4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase;4CL)基因在黄酮合成中的作用,利用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)获得了青稞4CL基因(Hv4CL)的cDNA全长序列,并利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术,对该基因在青稞4个胚乳发育时间段茎、叶和花中的表达情况进行研究。结果表明,Hv4CL基因cDNA序列全长2 107bp,该序列包含一个完整的开放阅读框(ORF,1 662bp),编码553个氨基酸。Hv4CL与小麦同源性最高(96%),且该蛋白序列中包含2个保守的box,即AMP结合盒:boxⅠ(SSGTTGLPKGV)和boxⅡ(GEICIRG)。qRT-PCR分析结果表明:4CL基因在青稞不同发育时期、不同组织的表达丰度不同,在茎中表达量最高,其次是叶和籽粒。

维管植物4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)研究进展

在大多数维管植物中4CL以基因家族形式出现。4CL基因成员在植物组织中差异表达,参与不同的苯丙烷类衍生物的生物合成。4CL基因的表达受发育调控,其表达还能被环境因子激活,如各种伤害、病原菌侵染、紫外线辐射等。4CL具有高度趋异的底物偏好性及底物特异性,决定4CL同工酶底物特异性的因素可能是结合沟的空间限制而不是底物和多肽链之间的特异性相互作用。在4CL氨基酸序列中存在2个保守的肽基序(motif),肽基序BoxⅠ,SSGTTGLPKGV,肽基序BoxⅡ,GEICIRG。应用反义技术已经成功地将4CL基因用于调控模式植物拟南芥、烟草及木本植物美洲山杨、毛白杨木质素的生物合成。未来的研究应侧重以下方向:应用多种技术分离、鉴定出更多木本植物的4CL基因;通过生物技术来增加木本植物木质素含量的研究也值得期待;建立4CL蛋白结晶体系,从原子水平解析4CL蛋白的结构,从而从根本上阐明4CL蛋白结构与功能之间的关系。

毛白杨4-香豆酸：辅酶A连接酶(4CL3)的酶学特征研究

为了进一步研究杨树4CL基因,以毛白杨为材料克隆到一个新的毛白杨4CL3基因。生物信息学分析结果显示:该基因和其他4CL基因一样含有4CL基因家族2个保守框Box I和Box II。将4CL3基因连接至原核表达载体pQE30,表达纯化后测定其蛋白的比活力,结果显示:4CL3基因对不同底物表现出了不同的催化效率。对该基因的最适温度和最适pH值测定后发现:4CL蛋白的最适温度为40℃,最适pH值为8.5,且在pH=9.0时有60%的活力。采用HPLC-MS的方法,分析了4CL3蛋白对混合底物的催化情况,结果显示:在混合底物下,4CL3蛋白对4-香豆酸、阿魏酸和肉桂酸都表现较高的活力,而对芥子酸和咖啡酸没有活力。

甘薯4-香豆酸辅酶A连接酶基因的生物信息学鉴定和表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase,4CL)在苯丙烷类代谢途径中具有重要调控作用。该研究利用转录组数据在甘薯品种QS48中鉴定了11个4CL基因,并将这些基因命名为Ib4CL1~Ib4CL11。序列比对和功能域分析发现,11个Ib4CL蛋白均具有典型的4CL结构特征,包含保守的BoxⅠ和BoxⅡ的结构域。进化和保守基序分析显示,Ib4CL1和Ib4CL2属于Ⅰ类4CL,Ib4CL3属于Ⅱ类4CL,而Ib4CL4~Ib4CL11属于4CL类似蛋白。转录组数据和荧光定量PCR分析显示,Ib4CL3和Ib4CL10在甘薯QS48的叶中转录表达水平显著高于茎和块根,与绿原酸的积累呈正相关关系;Ib4CL4和Ib4CL8在嫩叶中表达较高,与花青素的积累密切相关。研究结果为进一步揭示甘薯4CL基因在苯丙烷类代谢途径中的功能奠定了基础。

毛白杨4-香豆酸:辅酶A连接酶可溶性原核表达及活性检测

为了进一步研究毛白杨4CL1的酶学特性，构建了毛白杨4CL1原核表达载体pQE31-4CL1．经IPTG诱导在大肠杆菌中表达了毛白杨4CL1蛋白，SDS-PAGE电泳分析表明该新蛋白的分子量为60kD，与预测值一致．对毛白杨4CL1蛋白在大肠杆菌中的表达体系进行了优化，确定IPTG的最佳浓度为0．4mmol／L，诱导时的菌液密度OD600为0．3-0．5，最佳表达时间为2h．37℃下表达的4CL1融合蛋白以包涵体的形式存在，没有生物学活性．当表达温度从37℃降低为28℃时，可溶性的有生物学活性的毛白杨4CL1蛋白诱导表达获得成功，表达量达11％．以耦联有Ni^2＋-NTA的琼脂糖为亲和层析填料，金属鳌合亲和柱层析一步纯化获得了电泳纯4CL1蛋白，4CL1蛋白对5种底物的比活性分别为：4-香豆酸3949．0pkat／mg，咖啡酸2214．0pkat／mg，阿魏酸715．0pkat／mg，肉桂酸84．9pkat／mg，而对芥子酸没有生物活性．

苦荞4-香豆酸辅酶A连接酶基因(Ft4CL)的克隆及序列分析

以苦荞栽培种‘西荞2号’为材料,利用同源克隆和RT-PCR技术获得Ft4CL保守片段,采用RACE技术获得Ft4CL基因的3'末端及5'末端序列,并进一步采用生物信息学方法进行序列分析。结果表明:从苦荞花蕾总RNA中获得一条苦荞麦(Fagopyrum tatarium)4-香豆酸辅酶A连接酶基因(4-coumarate:Coa ligase,Ft4CL)的cDNA全长序列。生物息学分析结果显示,Ft4CL基因ORF全长1 602 bp,可编码553个氨基酸,理论标准分子质量为58.02kDa,等电点(pI)为5.23。该研究首次从苦荞中获得Ft4CL基因的cDNA全长序列,该基因具有植物4CL同源基因的典型特征,推导的氨基酸序列具有4CL的所有活性位点并归属于黄酮代谢支路。该研究结果可为深入研究苦荞黄酮代谢途径奠定基础,为采用代谢工程技术提高苦荞黄酮含量提供候选靶基因。

4-香豆酸辅酶A连接酶响应大豆孢囊线虫胁迫的潜在功能

大豆孢囊线虫是大豆产区病虫害防治策略的重要目标之一,大豆孢囊线虫的防控也一直是线虫领域研究热点之一。大豆孢囊线虫侵染不仅会造成大豆地下部分损伤,也使得地上部分受损从而影响其产量,因此需对大豆孢囊线虫的抗性机制进行分析以达到防控的目的。大豆孢囊线虫成功寄生宿主植物需对其细胞壁进行降解融合,形成为其生长发育提供唯一营养来源的合胞体。而阻碍大豆孢囊线虫移动和合胞体建立的细胞壁抗性是大豆抵御大豆孢囊线虫的关键,其中木质素是细胞壁发挥抗性的重要成分。木质素的生物合成主要包括莽草酸代谢途径、苯丙烷代谢途径和木质素合成的特异途径,4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate-Coenzyme A ligase,4CL)作为连接苯丙烷代谢途径和木质素特异合成途径的重要转折酶,决定了木质素的合成,其很可能是响应大豆孢囊线虫胁迫的重要调控因子。本文从线虫入侵需要细胞壁降解融合建立合胞体出发,围绕木质素导致的细胞壁抗性展开讨论,分析了4CL在细胞壁抗性中的响应机制,为进一步探索大豆孢囊线虫胁迫机制提供科学依据。

重组毛白杨4-香豆酸:辅酶A连接酶的酶学性质研究

4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）催化维管植物木质素生物合成羟基肉桂酸及其衍生物辅酶A酯化合物的形成。该文对我国乡土树种毛白杨重组Pt4CL1的酶学性质进行了初步研究,结果表明：Pt4CL1在高温下不稳定,10%甘油可部分提高其温度稳定性;Pt4CL1酶学反应最适温度为40℃;Pt4CL1在pH 3.0～8.0范围内比较稳定,当pH大于8.0时其Pt4CL1的稳定性下降;最适反应pH为8.0;Mg^2＋是Pt4CL1最适激活剂,EDTA可抑制其活性;Tris-HCl的最适浓度为0.2 mol/L;4-香豆酸是Pt4CL1的最适底物。

毛白杨4-香豆酸:辅酶A连接酶338Val缺失突变分析

通过对毛白杨中的4-香豆酸:辅酶A连接酶1(Pt4CL1)蛋白第338位缬氨酸进行缺失突变,从而获得了具有芥子酸催化活性的Pt4CL1蛋白突变体338dVal。与野生型4CL1蛋白活性相比较,该突变体获得了催化芥子酸的活性,比活力是(1.62±0.34)nkat/mg。同时,对4-香豆酸催化活性有轻微的降低(约降低12%),对咖啡酸的催化活性有明显增加(约增加126%),对阿魏酸的催化活性有部分的降低(约降低29%),对肉桂酸的催化活性没有显著变化。该结论证实了第338位缬氨酸对底物芥子酸5位甲氧基具有空间位阻效应。该项研究为通过基因工程技术调控木质素的合成提供了新的方法。

植物4-香豆酸:辅酶A连接酶

就植物中4-香豆酸:辅酶A连接酶的基因表达调控和底物结合功能域及其与木质素的关系以及其基因家族的进化的研究进展做了介绍。

七彩虹竹4-香豆酸辅酶A连接酶基因(Ih4CL)的克隆及功能分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是苯丙烷类代谢途径的关键酶,在上游调控木质素代谢、黄酮代谢。本研究根据转录组数据设计的1对特异引物,采用逆转录PCR(RT-PCR)方法从七彩红竹1年生红秆中克隆到4-香豆酸辅酶A连接酶基因Ih4CL,该基因包含1 677bp完整的c DNA开放阅读框,编码558个氨基酸;生物信息学方法对Ih4CL编码的氨基酸蛋白序列进行的分析表明,Ih4CL与禾本科植物4CL蛋白具有较近的亲缘关系,其中与短花药野生稻的同源性达88%;荧光定量PCR检测结果显示Ih4CL基因在七彩红竹的嫩叶中的表达量明显低于茎秆中的表达量。

胡椒4-香豆酸:辅酶A连接酶Pn4CL基因的克隆及表达分析

根据胡椒4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-coumarate:coenzyme A ligase,4CL)基因的部分序列设计引物,运用RACE方法获得其家族成员的1个全长c DNA,命名为Pn4cl,长度2130 bp,开放阅读框1638 bp,编码545个氨基酸。预测Pn4CL分子量为59.57 k Da,理论等电点为5.70。该基因含有AMP-binding(AMP-binding enzyme)、Cai C[Acyl-Co A synthetase(AMP-forming)/AMP-acid ligaseⅡ]、PLN02246、AFD-classⅠ等结合域,具有植物4CL所共有的保守结构域。系统进化分析表明,Pn4CL与北细辛的同源性最高,同时与木兰分支类植物的4CL聚类在一起,与菊分支的进化距离较近,与蔷薇分支的进化距离较远。亚细胞定位表明,该蛋白定位在细胞膜上。Real-timeRT-PCR结果表明,该基因受外援激素SA和MeJA诱导表达,同时接种辣椒疫霉菌后,Pn4CL基因的表达量在抗/感2种胡椒中均出现先增加后减少的现象,并且在抗病种质中表达量较高。研究结果为Pn4CL的功能研究提供了理论依据。

中草药中4-香豆酸辅酶A连接酶的遗传进化分析

目的:研究中草药中4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)基因的遗传进化,为中草药中有效成分黄酮类物质等的有效积累和调控奠定理论基础。方法:运用ClustalW 1.83、Mega 5.0、CodonW、DNAMAN等软件对搜集的部分中草药中的4CL进行遗传进化树的构建、密码子偏好性分析及氨基酸保守区的分析。结果:不同植物以基因家族形式出现,通过遗传密码子使用情况分析,可推测植物中表达较强的基因。遗传进化分析表明,与模式植物相比,中草药中4CL基因有的聚在一起可能具有相同的功能,推测并没有发生基因的分化,而有些基因可能具有功能的分化。结论:通过4CL基因的遗传进化树、密码子偏好性分析、酶的保守区分析,可为进一步研究4CL在中草药中的应用提供理论支持。

甜高粱4-香豆酸辅酶A连接酶基因(4CL)的克隆与鉴定及时空表达分析

通过对木质素合成途径中关键的限速酶4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL,EC6.2.1.12)基因克隆、鉴定与时空表达分析来研究甜高粱4CL基因家族的特性,为今后利用基因工程手段改造甜高粱木质素提供一定的理论依据。搜索NCBI数据库得到高粱4CL基因家族序列,以甜高粱品种‘大力士’的cDNA为模板克隆得到甜高粱4CL家族中各蛋白编码序列(CDS),CDS连入表达载体pET51B,转入大肠杆菌表达菌株(BL21)进行诱导表达,镍柱纯化后进行酶活性分析。实时定量荧光PCR(qPCR)检测甜高粱4CL基因家族各成员在不同时期和不同组织中的相对表达量。结果表明:通过在NCBI数据库中对植物4CL蛋白序列分析,在高粱基因组中,鉴定出7个4CL类似(4CL-like)基因。序列对位排列分析显示:甜高粱7个4CL-like基因在高粱属中非常保守;其氨基酸序列与水稻相对应的Os4CL有90%左右的相似度;它们可分为4CL ClassⅠ和4CL ClassⅡ两类,其中Sb07G007810、Sb04G005210、Sb10G026130、Sb07G022040、Sb03G000610和Sb06G016630属于4CL ClassⅠ,Sb04G031010属于4CL ClassⅡ。酶活性分析表明甜高粱7个4CL蛋白都具有4-香豆酸辅酶A连接酶活力。通过对甜高粱7个4CL基因时空表达分析发现,参与木质素合成的4CL ClassⅠ类基因在组织生长快速期的表达量非常高,而参与类黄酮合成的4CL ClassⅡ类基因在植物受到太阳直接照射的部位表达量显著地增加。在根和茎中,Sb04G005210基因的表达量最高;在叶中,Sb07G007810基因的表达量最高。上述甜高粱7个基因属于真正的4CL基因。

重组毛白杨4-香豆酸:辅酶A连接酶催化不同肉桂酸衍生物的酶促动力学研究

4-香豆酸:辅酶A连接酶是杨树木质素合成途径的关键酶之一,催化维管植物木质素合成羟基肉桂酸及其衍生物辅酶A酯化合物的形成.对毛白杨的重组Pt4CL1蛋白的不同肉桂酸衍生物底物的酶促动力学进行了分析,Pt4CL1对肉桂酸、4-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸具有催化活性,其中的4-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸,Km(μM)值分别为55.02±3.5、52.94±6、44.62±4,Vmax(nM.S-1)值分别为4.23±0.27、4.12±0.11、2.16±0.07;4-香豆酸,咖啡酸,阿魏酸的Kcat(S-1)值分别为44.73×10-3、43.57×10-3、7.61×10-3;对4-香豆酸,咖啡酸,阿魏酸的Kenz(M-1.S-1)值分别为823、812.98、170.55.Pt4CL1对肉桂酸的催化能力很弱,而对芥子酸没有催化活性.结果表明,Pt4CL1对4-香豆酸的催化效率最高,对咖啡酸的催化效率略低于4-香豆酸,而对阿魏酸的催化效率最低,对咖啡酸的催化效率略有很高的转化效率.

核桃内果皮4-香豆酸辅酶A连接酶基因克隆及表达分析

为研究新疆核桃露仁机制,以露仁核桃种质温138为研究对象,其突变纸皮核桃为对照,采用RT-PCR技术克隆4CL基因并进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR方法研究核桃硬化过程中4CL基因相对表达量,找到4CL基因在露仁核桃内果皮中硬核发育过程中的表达特性。结果表明,WJ-4CL基因cDNA序列包括552 bp ORF,编码184个氨基酸,分子质量20.10 ku,理论等电点5.83;ZJ-4CL基因包含453 bp ORF,编码151个氨基酸,分子质量16.52 ku,理论等电点9.35;系统进化树表明,温138与纸皮核桃聚为同一支,其亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析表明,露仁核桃4CL基因在花后100 d的相对表达量为花后51 d相对表达量的117倍,硬壳完整核桃4CL基因在花后86 d相对表达量为花后51 d相对表达量的205倍,初步证明4CL基因在硬壳完整和露仁核桃的不同发育时期表达量存在明显差异。表明4CL基因参与核桃内果皮(硬壳)硬化过程且影响内果皮木质素的合成,从而造成核桃内果皮发育不全,出现露仁现象。

植物4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)研究进展

综述了4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)的功能、功能与结构的关系及晶体学方面的研究进展,以期为4CL蛋白质的结构和功能的进一步研究提供依据。