不同植物LDOX/ANS基因的生物信息学分析

花青素是一类重要的植物次生代谢产物。本文采用生物信息学的方法对已在GenBank上登录的拟南芥、西洋梨、苹果、桃、葡萄、芥菜、菊花新品种和水稻等植物的无色花青素双加氧酶/花青素合成酶(LDOX/ANS)基因的核酸及氨基酸序列、组成成分、导肽、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级结构、三级结构及功能域等进行预测和推断。结果表明,ORF除了桃和菊花新品种为500bp左右之外,其它几种植物都在1070bp左右,分子量均为4kD左右,理论等电点均低于7,说明LDOX/ANS呈酸性。Glu、Leu和Val是这些植物共有的主要氨基酸。核苷酸同源性比对结果显示,拟南芥LDOX/ANS与其它植物LDOX/ANS的同源性较高;8个物种的LDOX/ANS基因被分为两个大类,单子叶植物水稻LDOX/ANS基因被单独分为一类,其它的均聚成一大类。研究还发现这些植物的LDOX/ANSN端不存在导肽和信号肽,无跨膜结构域,肽链表现为亲水性。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是α-螺旋和无规则卷曲,包含一个20G-FeⅡOxy功能结构域。通过此次研究,希望为今后深入研究该类酶的功能和结构特征提供依据。

越橘VcANS基因的克隆及表达分析

【目的】从越橘果实中克隆花色素合成酶(ANS)基因cDNA,为研究越橘花色素苷合成的分子机制奠定基础。【方法】以越橘(Vacciniumspp.)品种"北陆"(V.corymbosum L.)为试材,并以Illumina测序文库(NCBI登录号:SRA046311)中差异表达的Unigene 38125片段为基础,利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术获得花色素合成酶基因全长cDNA,利用DNAMAN和MEGA软件进行多序列比对和系统进化分析,探讨ANS基因在不同组织和器官中的相对表达量及其与对应花色素苷含量的关系。【结果】成功克隆了越橘花色素合成酶基因序列,命名为VcANS,GenBank登录号为JN654701。序列分析结果表明,VcANS全长1 424bp,包含93bp的5′非编码区、248bp的3′非编码区和1个长度为1 083bp编码360个氨基酸的开放阅读框,该基因编码的蛋白具有ANS家族普遍存在的2-酮戊二酸和Fe2+-依赖的氧化酶超家族的保守结构域。序列比对和系统进化分析表明,VcANS与杜鹃花科植物亲缘关系最近。在越橘果实发育的不同阶段,VcANS相对表达量的变化与花色素苷含量的变化趋势具有一致性。【结论】获得了越橘花色素合成酶基因全长,推测其对越橘花色素苷的形成起调控作用。

桑树花青素合成酶(ANS)基因的克隆及在2种果色桑树中的表达特征

花青素合成酶(anthocyanidin synthase,ANS)是植物花青素生物合成途径末端的关键酶,催化无色花色素到有色花色素的转变。从广东桑品种粤椹大10中克隆得到一条ANS序列,其ORF为1 077 bp,编码358个氨基酸,预测蛋白质分子质量为41 kD,等电点为5.62,具有2-酮戊二酸双加氧酶的保守结构域。多重序列比对表明物种间的ANS序列高度保守,系统进化树中桑树ANS与芍药科、芸香科、葡萄科等植物的同源序列聚在一个类群上。RT-PCR检测桑树ANS在结紫色果的粤椹大10的幼叶和桑椹中特异性表达,并且随着果色加深其表达水平呈上升趋势,而在结白色果的桑品种珍珠白的幼叶和桑椹中检测不到ANS的表达,暗示桑树ANS在桑椹的颜色形成中起到重要作用。

紫菜薹花青素合成酶基因BcANS的克隆、表达与序列分析

根据前期在芥蓝中克隆的BaANS基因序列设计PCR引物,从紫菜薹(Brassica campestrisvar.purpurea)子叶中克隆到基因组DNA和cDNA序列,基因定名为BcANS;序列已提交NCBI数据库,登录号为GQ120562;BcANS的基因组DNA全长为1 637 bp,具1个560 bp的内含子,编码区全长为1 077 bp,编码358个氨基酸.RT-PCR检测结果表明:BcANS在光照条件下表达,在暗培养植株的子叶和胚轴中未见表达;缺磷植株的子叶和胚轴在暗培养和光照培养下BcANS基因均有表达,但光照条件下的表达量较大.序列比对结果表明:BcANS与同科的甘蓝、芥菜和拟南芥的同源性最高,而与禾本科植物的同源性最低,在进化树上相距最远.对紫菜薹花青素合成酶基因的克隆和表达分析,为进一步开展基因功能和花青素生物合成机制研究奠定了基础.

洋葱ANS基因启动子的克隆与瞬时表达分析

通过PCR方法对洋葱花青素合成酶基因(AcANS)上游启动子序列进行扩增,获得长度为1.8 kb和2.2 kb的两种片段,命名为ANSPM1和ANSPM2。序列分析表明,克隆到的两个启动子除含有多个TATA-box、CAAT-box等基本启动子元件,还含有与MYB转录因子结合的元件,以及参与光响应、逆境、激素应答的顺式作用元件。同时构建ANSPM1和ANSPM2驱动GUS报告基因的植物表达载体,通过洋葱表皮细胞瞬时表达分析,表明两个启动子均有活性。

芥蓝Brassica albograbra花青素合成酶基因BaANS的克隆与序列分析

根据NCBI数据库中的已知序列设计简并引物,分别从芥蓝(Brassica albograbra)叶片基因组DNA和cDNA中克隆到了花青素合成酶基因。基因命名为BaANS,该基因全长1369bp,具一个长度为292bp的内含子,编码区长度为1077bp,编码358个氨基酸,序列已提交到NCBI,登录号为GU170203。序列比对结果表明,BaANS与甘蓝、拟南芥、紫罗兰、白菜和芥菜等的ANS有较高的相似性。

影响多彩花生种皮颜色的关键代谢物及ANS基因分析

为了探究影响花生种皮颜色的关键代谢物及花青素合成酶(ANS)基因,以5种不同种皮颜色的花生品种(系)为材料,对其种皮中花青素代谢物组成、ANS家族基因的表达及其相关性进行分析。结果显示,在5个花生品种(系)种皮中检测到3大类,共19种花青素糖苷类物质,其中黑种皮中最多为17种,白种皮最少仅为4种,表明随着种皮颜色的加深,花青素糖苷类物质种类也逐渐增多。对5个ANS基因表达分析,结果显示,仅有Ahy_Scaffold1g106620的表达量较高,其他4个基因基本不表达或表达量较低。且Ahy_Scaffold1g106620随着种皮颜色加深,表达量显著升高,推测Ahy_Scaffold1g106620是调控花青素合成的关键基因。进一步相关分析结果显示,Ahy_Scaffold1g106620与19种糖苷物质中的12种呈现显著正相关,相关系数为0.54~0.82;而Ahy_A02g006729仅与3种花青素类糖苷物质呈现显著相关性,其他3个基因与种皮中花青素类物质含量无关,结果表明,Ahy_Scaffold1g106620是ANS家族中影响花青素物质积累的关键调控基因。以上研究结果初步发现了影响多彩花生种皮颜色的主要代谢物及ANS家族中关键的调控基因。

长筒石蒜花青素合成酶基因LlANS的克隆与表达分析

以粉色系长筒石蒜(Lycoris longituba)花瓣为材料,基于前期获得的长筒石蒜转录组数据,通过序列分析结合聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)方法,成功克隆得到长筒石蒜Ll ANS基因的全长编码序列,并对其进行了生物信息学分析及亚细胞定位观察。结果表明,该基因开放阅读框(Open reading frame,ORF)全长为1 068 bp,编码355个氨基酸,蛋白质相对分子质量约为40.08 k D,理论等电点为5.58,属于酸性不稳定的亲水性蛋白;Ll ANS蛋白属于α-酮戊二酸依赖性双加酶家族,具有典型的花青素合成酶(Anthocyanidin synthase,ANS)蛋白功能结构域2OG-Fell-Oxy;系统进化树分析表明该基因与同属的石蒜和中国石蒜中ANS基因具有较高同源性,最高达97%;亚细胞定位观察显示Ll ANS蛋白定位于细胞核、细胞质及细胞膜中。此外,实时荧光定量分析证实Ll ANS基因在长筒石蒜粉色花花蕾期表达量较低,在盛花期的表达量最高。以上结论表明,Ll ANS作为长筒石蒜花色苷合成途径中的一个关键节点基因,对于长筒石蒜粉色花花色的形成起着极为重要的作用。

紫色不结球白菜花色苷合酶基因BrcANS的克隆与表达分析

以不结球白菜紫色品系NJZX1-3和其绿色突变体NJZX1-0及其后代F_2的2个株系NJZX2-1和NJZX2-2为材料,研究花色苷合酶基因在紫色不结球白菜叶片花色苷合成途径中的作用。利用同源克隆的方法,分别在NJZX1-3及NJZX1-0中克隆到花色苷合酶基因;经序列比对发现,花色苷合酶基因的核苷酸和氨基酸序列在2种材料和大白菜中完全一致,长度为1077 bp,编码358个残基,第211~第307肽段具有2OG-Fe(Ⅱ)双加氧酶家族基因的结构域,被命名为BrcANS。BrcANS蛋白与同科芥菜的同源性高达99%,进化关系亦与其最相近。在全部4种材料鲜叶中,总花色苷的含量(TAC)与叶片紫色程度是一致的,其中,NJZX1-3叶片中总花色苷含量最高,达到80.15±5.74 mg 100g^(–1) FW;BrcANS表达量为NJZX1-0<NJZX2-1<NJZX2-2<NJZX1-3,与其总花色苷含量呈正相关。BrcANS的mRNA在NJZX1-3和NJZX1-0两种材料的不同组织中特异性表达:在叶片中高度表达,而在其他组织中表达较弱;另外,在两种材料间的表达亦存在显著差异,在NJZX1-3叶片中的表达丰度显著高于NJZX1-0。随着叶龄的增大,紫色不接球白菜叶片紫色变浅,BrcANS的表达量下降,且在NJZX1-3和NJZX1-0间的表达差异亦明显减小。以上结果表明,BrcANS基因是紫色不结球白菜中花色苷合成的关键基因之一,其mRNA表达量与叶片紫色直接相关,可能在其转录水平上调控叶片中紫色的形成。

比利时杜鹃花花青素合成酶基因(RhANS)克隆及其功能分析

花青素合成酶(ANS)是植物花青素合成途径中的关键酶。为探究比利时杜鹃花(Rhododendron hybridum Hort.)ANS基因的功能及表达特性,本研究以比利时杜鹃花不同发育时期花瓣及盛花期的根、茎、叶为试验材料,利用反转录(RT-PCR)和RACE技术克隆RhANS基因cDNA序列;利用超高效液相色谱质谱(Waters UPLC-Qtof)技术分析比利时杜鹃花不同发育阶段花瓣中花青素含量;利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析比利时杜鹃花不同发育阶段花瓣和不同器官中ANS基因相对表达量;将RhANS基因重组到原核表达载体(pET-28a)上,并在大肠杆菌(BL21)中进行表达纯化出目的蛋白,并利用高效液相色谱(HPLC)检测目的蛋白RhANS的酶活性。结果表明,从比利时杜鹃花克隆得到RhANS基因cDNA全长序列1350 bp,开放阅读框(ORF)序列1074 bp,编码357个氨基酸,含有2-酮戊二酸双加氧酶家族基因结构域2OG-FeⅡ-Oxy;比利时杜鹃花花青素含量随着花的开放呈逐渐上升的变化趋势;RhANS基因表达量在比利时杜鹃花4个花期的花瓣和不同器官(根、茎和叶)中均表达。不同花发育时期RhANS表达量与花青素含量呈上升趋势;通过大肠杆菌原核表达载体诱导表达出大小约为40 kDa的蛋白,与理论值相近。高效液相色谱仪(HPLC)检测表明,目的蛋白具有ANS酶活性。本研究为杜鹃花中花青素生物合成的分子调控机理提供了理论依据。

三华李ANS基因克隆及其在果实采后转色过程中的表达分析

花青素合成酶(anthocyanidin synthase,ANS)是参与植物组织花青素合成的关键酶。果肉富含花青素是三华李果实的显著特色。本研究首次克隆得到三华李ANS全长cDNA,将其命名为PsANS,并对其在不同组织和果实成熟转色过程中的表达模式进行分析。结果表明,PsANS编码区长度为1074 bp,包含一个长度为217 bp的内含子,可编码一个包含357个氨基酸、分子量为40401.37的蛋白质;该蛋白二级结构以α-螺旋和不规则卷曲为主,亚细胞定位于细胞质中。蛋白互作预测发现,含有ANS结构域的蛋白主要与TT4、DFR、UF3GT、F3H、TT8等存在互作关系。不同植物的ANS蛋白同源性较高,均包含相似的蛋白催化位点;PsANS与同属蔷薇科的欧洲李ANS蛋白的亲缘关系较近。PsANS在不同组织中表达差异较大,果肉中表达量最高。三华李后熟转色过程中PsANS表达呈上升趋势,乙烯处理进一步上调了PsANS的表达,表明PsANS对三华李果实发育和后熟过程中花青素的合成起着重要作用。

彩色马铃薯StANS1a基因的克隆及表达分析

花色苷是植物次生代谢过程中产生的黄酮类物质,在花色苷合成途径中,花色苷合成酶催化无色花色苷转化成有色的花色苷,在植物器官着色过程中起重要作用。为了解彩色马铃薯花色苷合成途径中关键酶基因ANS的功能,以红皮红肉的彩色马铃薯品种红美为试验材料,利用RT-PCR技术克隆花色苷合成酶基因,通过生物信息学分析其特性,并将其过表达到拟南芥中进行功能验证。结果显示,该基因cDNA序列长为1406 bp,包含1368 bp完整的开放阅读框,编码455个氨基酸残基。通过生物信息学分析克隆到的基因,并将该基因命名为StANS1a,GenBank登录号为ON512347,其氨基酸序列具有保守的结构域DIOX_N和2OG_FeⅡ_Oxy,分别位于氨基酸序列的52~166位和215~312位。在拟南芥中过表达StANS1a,通过半定量RT-PCR检测其转录水平,转基因株系中都有StANS1a基因的表达,且表达量较非转基因拟南芥高;通过检测转基因植株中花色苷的含量,发现转基因植株花色苷含量比非转基因植株高2.17%~54.61%,表明StANS1a参与了花色苷的生物合成。同时也证明彩色马铃薯StANS1a基因在花色苷代谢途径中起着重要的作用。

植物花青素合成酶的研究进展

花青素是一种天然的水溶性植物色素,具有重要的营养和药用作用。查尔酮合成酶(chalconesynthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)、黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)、二羟基黄酮醇还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)、花色素苷合成酶(anthocyanin synthase,ANS)以及类黄酮3-O-糖基转移酶(flavonoid3-O-glucosyltransferase,UFGT)属于花青素生物合成酶。现已从多种植物中分离了花青素合成酶基因。文章重点介绍了植物体内花青素生物合成途径,花青素合成酶的基因结构、表达调控机理,以及转基因方面的研究现状。

百合花青素苷合成酶基因片段的克隆及表达分析

为了克隆百合花青素苷合成酶基因(anthocyanidin synthase,ANS),通过已报道的其他物种的ANS基因保守序列设计简并引物,采用同源克隆的方法成功克隆得到了百合ANS基因片段,该片段长701bp,编码233个氨基酸残基。根据蛋白比对结果,百合ANS基因编码的氨基酸序列与郁金香、荷兰鸢尾、甜樱桃的一致性分别为86%、81%、77%。采用半定量RT-PCR法分析表明,该基因在百合花瓣中的表达水平最高,叶和茎次之,鳞茎中不表达。本研究从百合中分离得到了ANS基因片段,为后续获得基因全长打下了基础。

芜菁花青素合成酶基因的克隆、序列分析及表达

目的:克隆津田芜菁和赤丸芜菁花青素合成酶(ANS)基因并研究其表达特性。方法:用UV-A处理津田芜菁和赤丸芜菁块根24h后提取总RNA,通过RT-PCR方法克隆BrANS1和BrANS2基因并进行序列分析,通过Northern杂交检测BrANS1和BrANS2基因的表达。结果:BrANS1和BrANS2的开放读码框为1077bp,编码358个氨基酸残基;BrANS1和BrANS2与甘蓝ANS的同源性达97%,第211～307肽段具有2OG-Fe(Ⅱ)加氧酶家族基因的结构域;BrANS1和BrANS2基因具有高度同源性,核苷酸序列在5个位置上存在差异,推导的氨基酸序列完全相同;UV-A可以诱导BrANS1和BrANS2表达,基因的表达量与处理时间相关。结论:克隆了津田芜菁和赤丸芜菁的BrANS1和BrANS2基因,这将为筛选依光型和非依光型花青素生物合成催化酶基因奠定研究基础。

洋葱花青素合成酶基因的克隆和序列分析

采用PCR法克隆了洋葱的花青素合成酶基因AcANS，并对其进行序列比对和生物信息学分析。结果表明，其开放阅读框为1059bp，编码352个氨基酸残基；具有一个富含AT的内含子，符合GT—AG规则；其蛋白质第210～309肽段含有20G—Fe（Ⅱ）加氧酶家族基因的结构域。

汉中黑稻花青素合成酶基因克隆及生物信息学分析

花青素合成酶(Anthocyanidin Synthase,ANS)是植物花青苷生物合成途径末端的关键酶,催化无色花色素到有色花色素的转变。为研究汉中黑稻的ANS多样性及起源,采用克隆测序的方法对汉中7种品种黑稻的ANS基因序列进行分析。采用生物信息学方法,对该基因序列进行对比,并构建系统进化树和同源树,对其编码蛋白从基本理化性质、亚细胞定位、跨膜结构域、信号肽、导肽、二级结构和三级结构等方面进行预测和分析。结果表明7种汉中黑稻存在黑稻1、黑稻2两种基因序列,开放阅读框均为1 128bp,编码375个氨基酸。进化树表明黑稻1和黑稻2与籼稻、粳稻、浦竹仔、小麦等禾本科植物较近的亲缘关系,同源性分析表明黑稻1和黑稻2与籼稻等植物的ANS具有高度的同源性。氨基酸序列比对发现黑稻1和黑稻2仅有326位氨基酸不同。黑稻1的ANS蛋白含有2OG-FeⅡ_Oxy加氧酶的保守结构域。ANS蛋白三级结构预测,发现黑稻1和籼稻存在差异,推测ANS可能是花青苷合成中起重要作用的关键酶。这些结果表明ANS基因是一个古老的基因,可以作为种属鉴定的参考基因,可能是影响黑稻花青苷生物合成的主要基因之一。

不同皮色洋葱花青素合成酶基因片段的克隆及苗期表达分析

花青素合成酶(anthocyanidin synthase,ANS)是植物花青素生物合成途径的关键酶,可催化无色花色素向有色花色素转变。根据已报道的花青素合成酶基因序列设计引物,分别以不同皮色洋葱苗期总DNA和cDNA为模板进行克隆和序列比对,结果显示,从紫皮和黄皮洋葱中克隆到相同的目的条带,基因序列完全一致,且与已报道的ANS等位基因序列高度相似,确认克隆到AcANS基因片段序列。以Actin基因为内参,对AcANS在两种皮色洋葱苗期不同组织中的表达进行半定量分析,结果表明,AcANS在洋葱幼苗叶鞘中表达量最高,叶片中次之,根中不表达;紫皮洋葱中AcANS基因的表达量明显高于黄皮洋葱,这有利于紫皮洋葱积累更多的花色苷,从而使鳞茎产生颜色上的差异。本研究结果可为后续获得洋葱ANS基因全长序列、深入研究其功能奠定基础。

桑树二氢黄酮醇-4-还原酶和花青素合酶基因在桑椹中的表达谱及其与花青素含量的关系

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)和花青素合酶(ANS)是植物花青素生物合成途径的2个重要酶类。从鲁桑品种育711号植株中克隆得到MmDFR和MmANS基因,生物信息学分析表明,MmDFR基因的ORF长度为1011 bp,编码336个氨基酸,预测蛋白质分子质量为3951 kD,等电点为534;MmANS基因ORF的长度为1077 bp,编码358个氨基酸,预测蛋白质分子质量为42.23 kD,等电点为5.25;MmDFR和MmANS蛋白的氨基酸序列有很高的保守性。qRT-PCR检测结果表明,MmDFR和MmANS在不同桑种质成熟桑椹中的表达丰度存在显著差异,在同一品种中随着果实成熟,基因的表达水平逐渐提高。结合对桑椹花青素含量的检测,表明桑椹花青素含量与MmDFR和MmANS基因的表达量呈正相关,推测MmDFR和MmANS在桑椹花青素合成途径中具正向调控作用。

刺葡萄查尔酮合成酶基因CHS对不同光质的响应及转录因子调控分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是花青素合成途径的第一个关键酶,为探明CHS在不同光质下的表达模式及转录因子调控特征,以刺葡萄愈伤组织为材料,克隆了2个CHS基因(VdCHS2和VdCHS3),进行生物信息学分析和8种不同光质培养处理下的表达分析,并对CHS启动子顺式作用元件和转录因子结合位点进行预测。结果显示,VdCHS2和VdCHS3基因长度分别为1 382 bp和1 398 bp,均由2个外显子和1个内含子组成,编码蛋白均为无信号肽、定位于细胞质的亲水性蛋白。光照促进VdCHS的表达,VdCHS在短波光诱导下,先呈上调表达,当表达量达到一定水平后则呈现下调作用,而长波光抑制VdCHS的表达。靶向CHS的转录因子预测得到13个MYB成员,2个CHS启动子上存在23个MYB转录因子识别和结合元件。研究结果表明,不同光质的波长对VdCHS表达影响显著,13个MYB转录因子可能在刺葡萄花青素合成中参与CHS的转录调控。