番茄CYP71基因的克隆及其功能的初步分析

分析番茄的EST数据库,获得一条在番茄果实中表达的EST序列CYP71,通过RT-PCR分析表明,该基因在番茄的叶、花、果实中均有表达,其中幼果中表达最强,并受到乙烯的负调控,推测可能与果实的发育成熟相关。进而通过RACE(rapid amplification of cDNA ends)的方法获得了全长为1637bp的番茄CYP71基因(GenBank accession No.GQ370622)。该片段包括一个完整的开放阅读框(1488bp),编码495个氨基酸。通过系统进化树分析,属于CYP71家族。将番茄的CYP71基因定向克隆到植物表达载体pBI121中,获得CYP71基因的正、反义植物表达载体pBI121-CYP71s和pBI121-CYP71as,为深入研究该基因的功能奠定基础。

蒜头果中CYP71基因克隆与果实不同发育时期的表达分析

由氨基酸衍生的氰苷是由植物细胞色素P450单加氧酶(CYP)催化氨基酸生成的次生代谢产物,与植物的防御和抗逆境胁迫相关。该研究通过分析蒜头果转录组数据,从中分离并克隆得到1条细胞色素P450基因(命名为MoCYP71,GenBank登录号为MK172858),对其进行生物信息学分析并检测该基因在果实不同发育时期的表达情况。结果表明:MoCYP71基因含1572 bp,编码523个氨基酸,该基因的cDNA序列与咖啡(Coffea eugenioides,XM027319282)、小果咖啡(Coffea arabica,XM027213456)中的CYP71基因的mRNA序列均有88%的一致性;MoCYP71蛋白的相对分子质量为58976.54,理论等电点pI为8.10,分子式为C2675H4184N704O744S27,不稳定系数(Ⅱ)为40.84,是一种不稳定蛋白;该蛋白不存在信号肽,存在于分泌途径,含有两个跨膜结构,分别位于20~37和311~333位的氨基酸为跨膜疏水螺旋,锚定于细胞器上;该蛋白含有CYP家族的保守结构域,包括脯氨酸富集区(PPSPPRLP)、K螺旋(KETFR)、I螺旋(GGIDTS)、PERF域(PERF)和识别结构域血红素结合域(FGAGRRICPG),与可可、榴莲、高粱等的CYP71E家族的蛋白(GenBank登录号分别为EOX92908.1、XP022773875.1和AAC39318.1)聚为一支;在花谢后,MoCYP71基因表达量逐渐降低,花谢后1个月>2个月>3个月,但在花谢后4个月的表达量急剧增加。以上结果对研究蒜头果的对虫害的防御、组织成熟及蒜头果中有效次生代谢产物的发掘具有重要意义。

过量表达cyp71av1和cpr基因提高青蒿中青蒿素的含量

青蒿素是从青蒿植株地上部分提取的一种含有过氧桥结构的倍半萜内酯,是目前最有效的治疗疟疾的药物。为了提高青蒿中青蒿素的含量,根据GenBank中青蒿紫穗槐二烯氧化酶(CYP71AV1)和细胞色素P450还原酶(CPR)的基因序列设计特异引物,从青蒿cDNA中扩增出了cyp71av1和cpr基因片段,分别连上CaMV35S启动子和NOS终止子,然后将cyp71av1和cpr基因的表达盒依次插入到植物表达载体pCAM-BIA2300中,获得含有cyp71av1和cpr基因的植物表达载体p2300-GYR。通过农杆菌介导法转化青蒿,获得了20株转基因植株,PCR检测以及Southern杂交分析证实外源基因已被成功地导入青蒿基因组中。采用HPLC-ELSD测定转基因青蒿中青蒿素的含量,结果表明,大部分转基因青蒿中青蒿素的含量高于对照植株,其中,转基因青蒿中青蒿素含量最高约为对照的2.4倍。该研究证明过量表达cyp71av1和cpr基因是提高青蒿中青蒿素含量的有效方法。

CYP71AV1和CPR基因在转基因青蒿后代中的遗传分析

为研究CYP71AV1和CPR基因在转基因青蒿后代中的遗传及表达特性,在获得共转CYP71AV1和CPR基因青蒿(GYR)T0代的基础上,对其T2代用普通PCR和Southern Blot分别检测了目标基因分离比及部分植株中目标基因拷贝数;利用实时定量PCR分析了部分植株中目标基因的转录水平;利用HPLC-ELSD测定了其青蒿素含量;对其关键农艺性状也进行了测定。结果表明虽然目标基因在世代间可以顺利遗传,但其拷贝数则有一些不规则的变化,转基因位点的纯合较难实现;目标基因的表达也受到基因组的修饰限制系统影响。T2代青蒿素含量最高的一组平均含量比对照提高46.9%,植株鲜重和叶片干重则没有显著差异。本研究为进一步获得遗传稳定的转基因青蒿株系打下了基础。