尖萼耧斗菜UGT基因家族成员鉴定及表达分析

【目的】明确尖萼耧斗菜和黄花尖萼耧斗菜中UGT家族成员的结构特性,挖掘合成花青素的关键UGT基因。【方法】基于尖萼耧斗菜花色转录组,筛选与鉴定UGT家族基因成员并分析其理化性质、保守基序、系统进化和顺式作用元件等,结合UGT基因在2种尖萼耧斗菜萼片中不同时期的表达模式,筛选出合成花青素的候选基因。【结果】共鉴定出154个AoUGT基因成员,编码蛋白质含有52~1293个氨基酸,相对分子量为5.897~144.174 kDa,其理论等电点范围为3.21~7.14之间,偏酸性蛋白较多,均为亲水性蛋白;二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,均具有UGT保守结构域。尖萼耧斗菜UGT基因家族成员共分为14个亚家族,A组UGT基因成员数量最多,G和J组的UGT基因成员数量最少。MEME保守基序分析显示UGT基因家族均含有2个高度保守的基序Motif 1和Motif 4,这2个保守基序共同组成UGT基因家族的PSPG保守结构域。启动子顺式作用元件分析发现,AoUGT家族成员启动子的顺式作用元件涉及光响应、激素、胁迫及MYB结合位点等。AoUGT147/127/45/143在尖萼耧斗菜的开花前期(S2)中处于高表达水平,而在黄花尖萼耧斗菜中始终处于低表达水平。【结论】AoUGT147/127/45/143是尖萼耧斗菜花色差异的关键基因,在花色的形成过程中发挥重要作用,为后续花色研究提供了重要线索。

辣椒UGT基因家族的鉴定及表达分析

【目的】鉴定分析辣椒UGT基因家族成员的结构和功能,为解析辣椒多糖糖基化分子机制奠定基础。【方法】利用BioEdit、BLASTP和Pfam比对搜索辣椒UGT成员;利用CDD和HMMER数据库验证保守结构域;利用ExPASy、Cell PLOC、MAGA X、MG2C、GSDS、STRING等分析预测蛋白理化性质、系统发育、染色体定位、基因结构和蛋白互作;利用转录组数据和实时荧光定量PCR分析辣椒UGT基因在各器官发育过程中的表达模式。【结果】从辣椒基因家族中鉴定到的140个辣椒UGT家族成员,编码的氨基酸数量介于253-534之间,等电点在4.7-8.45之间;CaUGTs蛋白大多数定位于细胞外,少部分定位于质膜和叶绿体中;分布在17个组中,定位于12条染色体上,其中25个成员定位在第12条染色体(Chromosome 12,chr.12);所有成员均包含保守结构域motif 1、motif 3;响应与植物生长发育、胁迫有关的作用元件。辣椒UGT基因在不同组织、逆境胁迫及激素应答下的表达模式分析表明,UGT基因具有组织特异性表达差异,在花、果实发育阶段表达相对较高;在ABA、GA3、高温以及低温胁迫条件下,表达被显著诱导增加或者降低,在发育的特定阶段CaUGTs成员可能发挥不同的作用,很可能参与了调控辣椒逆境胁迫条件下的防御应答反应。【结论】140个辣椒UGT成员在分布及结构上存在多样性,而组内成员之间高度相似,CaUGTs基因可能在辣椒植株生长发育过程中响应非生物胁迫。

受棉铃虫诱导的棉花糖基转移酶UGT基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】筛选分析受棉铃虫诱导的棉花糖基转移酶(Glycosyltransferase)UGT基因家族,为UGTG01、UGTG02、UGTG o 4、UGTG o 6、UGTG o 7基因功能深入研究奠定基础。【方法】以受棉铃虫诱导筛选出的棉花糖基转移酶UGT基因组数据库为基础,利用生物信息学方法分析棉花糖基转移酶UGT基因家族的理化性质、系统进化树、蛋白质的二级结构预测以及保守基序与结构域。【结果】从棉花基因组中搜索到5个推定的UTG基因家族成员,其氨基酸数目介于468~534个,理论等电点分布在4.97~5.58,相对分子质量区域为52743.1~60208.62,亚细胞定位在细胞质外,均为亲水性蛋白质。基因结构均含有1个外显子,二级结构主要由α-螺旋、无规则卷曲为主,均含3个Motif基序和有Glycosyltransferase_GTB-type superfamily结构域。5个基因在根、茎、子叶、真叶、花、棉桃中具有明显的组织表达差异性,5个基因与UGT73C家族基因,水稻的UGT707A3、大豆的GmUGT在进化树的同一分支上。【结论】糖基转移酶基因在不同组织中的表达具有显著差异,5个糖基转移酶与UGT73C、UGT707A3、GmUGT都处于进化树的同一个分支上,其可能具有相似的抗虫功能,能通过调控皂苷元、类黄酮、柚皮素等物质响应棉花的抗虫性。

石榴UGT基因家族的比较和进化分析

为了研究UGT基因家族在石榴中的作用和表达方式,对石榴UGT基因家族的理化性质、选择压和蛋白基序等进行分析,选择桃、葡萄、桉树、甜橙5个物种的UGT基因家族与石榴UGT基因家族进行比较基因组分析。结果表明,桃有最多的UGT基因(58个);桉树有52个,位列第2;葡萄最少,只有15个;石榴(32个)约是葡萄的2倍;甜橙(39个)和石榴数量相似。选用MEGA软件中的邻接距离矩阵法构建系统进化树,应用自展法进行可信度检测,重复1 000次。进化树表明,UGT基因家族被分成5个亚群。通过选择性压力分析估计UGT基因家族中非同义突变(d_N)与同义突变(d_S)的比值,结果表明d_N/d_S<1,即UGT基因家族在桃、葡萄、石榴、桉树、甜橙5个物种中以纯化选择为主。UGT基因家族的蛋白基序分析结果表明,UGT在低阀值(E=1.1e-2 355)时呈现"HPAVGGFLTHCGWNS"的主题。另外,相对分子质量的平均估计值(-0.095 183 7),表明UGT基因所编码蛋白有亲水性。

人参UGT基因家族功能研究进展

人参(Panax ginseng)作为一种具有良好药理活性的药用植物,一直受到广泛关注,而其能够发挥药理活性的部分主要是人参皂苷,主要包括齐墩果烷型和达玛烷型。据研究表明,人参皂苷下游生物合成途径最后一步离不开糖基转移酶的催化过程。因其主要以UDP-糖作为供体分子,所以称之为UDP-糖基转移酶,即UGT。本文结合前人的大量研究对糖基转移酶包括UGT及UGT的功能进行概述,同时介绍了人参UGT基因家族功能到目前为止的研究进展。可为后续对UGT基因家族的研究提供借鉴。

森林草莓糖基转移酶基因家族生物信息学及其表达分析

【目的】对森林草莓糖基转移酶基因(FvUGT)家族进行生物信息学分析及基因表达分析,为深入研究森林草莓UGT基因功能和探索UGT调控草莓果实发育及花色苷及品质形成提供理论依据。【方法】基于Phytozome数据库鉴定得出138个FvUGT基因家族基因,运用生物信息学方法分析其蛋白理化性质、基因结构、保守结构域和进化关系,并采用实时荧光定量PCR对UFGT候选基因在森林草莓(红果和白果2个类型)各组织(根、叶柄、叶和果实)中的表达量进行分析。【结果】FvUGT基因家族可分为12个类群(A、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和N),每个类群分别包含16、2、23、32、8、1、5、5、7、3、21和4个成员;染色体定位发现FvUGT基因家族成员在除2号染色体之外的其他染色体上均有分布,且分布不均;FvUGT基因内含子长度、外显子位置和数目在不同成员间均存在差异,FvUGT基因家族在进化过程中产生较强的分化。实时荧光定量PCR检测结果表明,FvUFGT70基因在森林草莓白果和红果的叶和叶柄中有较高表达;FvUFGT94基因在各组织中均有表达;FvUFGT67和FvUFGT68基因在根中有较高表达;而FvUFGT95和FvUFGT96基因在果实中有表达,且显著高于其他组织(P<0.05,下同)。同时,在果实的小绿期、转色期和成熟期的表达表现为,成熟期FvUFGT33和FvUFGT95这2个基因在森林草莓红果类型的表达量显著高于白果类型。【结论】7个FvUFGT基因表现出明显的组织差异性,其中FvUFGT33和FvUFGT95基因在果实中有较高表达量,且在森林草莓红果类型表达量显著高于白果类型,故推测其在花色苷合成中发挥作用。

铁皮石斛尿苷二磷酸糖基转移酶(UGT)基因家族鉴定与表达分析

尿苷二磷酸糖基转移酶(UGT)是一个在植物中高度保守的蛋白,通常在次生代谢途径中起作用。该文利用隐马可列夫模型(HMM)在铁皮石斛Dendrobium officinale全基因组中进行UGT基因家族成员筛选,共得到44个UGT家族成员。利用生物信息学对铁皮石斛基因的结构、系统进化以及启动子区域原件进行分析,结果表明,UGT基因家族可分为4个亚家族,各亚家族中UGT基因具有相对保守的基因结构,拥有9个保守的结构域。UGT基因上游启动子区含有多种植物激素及环境因子相关的顺式作用元件,表明UGT基因的表达可能会受到植物激素和外界环境因素的诱导,比较铁皮石斛不同组织中UGT基因的表达,发现UGT基因在铁皮石斛各个部位中均有表达,可以推测UGT基因在铁皮石斛多个组织的中发挥着重要作用。通过对铁皮石斛菌根共生低温胁迫、缺磷胁迫的转录组分析,该研究发现仅有一个基因在菌根共生和低温、缺磷胁迫下均上调表达。该研究结果有助于了解兰科植物UGT基因家族的功能,为深入研究铁皮石斛多糖代谢途径的分子调控机制提供理论基础。

植物类黄酮UDP-糖基转移酶研究进展

植物类黄酮化合物是一类重要的天然产物,通常以糖苷的形式存在。尿苷二磷酸糖基转移酶(uridine diphosphate glycosyltransferase,UGT)能够对类黄酮进行糖基化修饰,形成种类丰富的类黄酮糖苷,是许多药用植物中的类黄酮药用活性成分。近年来,随着越来越多的植物基因组被解析,大量参与类黄酮合成的糖基转移酶得以鉴定。本文首先简述了植物UGT的结构特征和家族分类,然后详细综述了植物类黄酮UGT的研究进展,对处于不同家族中的植物类黄酮UGT的修饰位点特异性、以及糖供体和糖受体的特异性进行了全面的归纳和总结,以期为植物类黄酮UGT的结构与功能相关性研究及新植物类黄酮UGT的发掘与鉴定研究奠定基础。

北柴胡UGT基因的克隆及其过量表达和RNAi转基因载体的构建

目的:克隆北柴胡中可能参与柴胡皂苷生物合成的UGT基因,构建其过表达和抑制表达的转基因载体,为通过转基因验证其功能奠定基础。方法:在454高通量测序已获得部分cDNA序列基础上,通过RACE和LD-PCR方法扩增全长cDNA克隆。设计含有酶切位点的PCR引物,PCR扩增UGT基因的ORF和部分片段后,酶切,分别插入到pCAMBIA-SUPER1 300和pHANNIBAL中。重组的pHANNIBAL经Not I酶切后插入到pART27中。最终以构建出过表达和抑制表达的转基因载体。结果:扩增到了北柴胡1个UGT基因全长cDNA克隆,构建了这一基因的过表达和抑制表达转基因载体。结论:通过UGT基因的全长cDNA克隆和转基因载体构建,为后续开展转基因研究,验证其生物功能奠定了基础。

北柴胡糖基转移酶基因BcUGT1的表达分析及其原核表达与蛋白纯化

本研究分析了北柴胡糖基转移酶基因BcUGT1 ORF序列,预测了其蛋白三维结构,利用qRT-PCR分析了BcUGT1的茉莉酸甲酯诱导表达和组织表达特性。结果表明,BcUGT1可能参与柴胡皂苷生物合成。随后,构建了BcUGT1原核表达载体,成功诱导出目标蛋白,并进行了纯化。原核表达实验中共采用了3种载体:pRSET-A、pET-28a(+)和pET-30a(+),3种宿主菌:BL21(DE3)plysS、BL21A1和BL21-CodonPlus(DE3)-RIPL,进行了不同诱导条件的探索,包括不同诱导物(L-阿拉伯糖和IPTG)的不同浓度、不同诱导时间和温度,结果以pET-28a(+)和pET-30a(+)为载体,BL21-CodonPlus(DE3)-RIPL为宿主菌,0.5或1 mmol.L 1IPTG,16℃,20 h为条件,诱导出目标蛋白。利用PrepEase His标签蛋白纯化试剂盒,纯化获得了目标蛋白,为后续开展BcUGT1基因的功能研究奠定了基础。

植物皂苷生物合成中UGT功能研究进展

植物皂苷(Saponins)是广泛存在于绝大多数植物体中不可或缺的一类次生代谢产物。其中多种植物皂苷具有重要的药理活性。尽管皂苷的生物合成途径还未彻底解析,但近年来,皂苷生物合成途径研究,尤其是合成途径下游多基因家族编码酶催化的反应,取得了很大进展。目前,已在个别植物中克隆到了催化个别单体皂苷生物合成的UGT基因,其功能研究取得了一定进展。本文就皂苷合成途径下游催化皂苷元糖基化的糖基转移酶基因克隆和功能研究做一综述,为加快皂苷生物合成途径的解析提供借鉴。

Q型烟粉虱UDP-糖基转移酶UGT354A1基因克隆及其在噻虫嗪抗性中的作用

【目的】UDP-糖基转移酶(UGTs)是昆虫主要的Ⅱ期解毒酶,可能参与昆虫抗药性的形成。本研究旨在探究Q型烟粉虱中UGT基因是否参与其对噻虫嗪的抗药性。【方法】依据烟粉虱基因组数据库设计引物,克隆其UGT354A1基因的全长序列;采用qRT-PCR技术检测UGT354A1基因在烟粉虱不同发育阶段、不同组织部位以及抗敏品系中的表达量;通过RNA干扰试验,验证UGT354A1基因在烟粉虱噻虫嗪抗性中的作用。【结果】序列生物信息学分析发现,UGT354A1基因属于典型的昆虫UGTs,包括两个糖基供体(DBR1和DBR2)和一个保守特征性基序。qRT-PCR结果显示,UGT354A1基因在噻虫嗪抗性品系(THQR)中的表达量为敏感品系(THQS)的2.60倍,且噻虫嗪可显著诱导该基因的表达。在不同发育阶段和组织部位中,发现UGT354A1基因在烟粉虱若虫和成虫阶段及头部和胸部表达丰富。RNAi后,沉默UGT354A1基因能够显著增加噻虫嗪对Q型烟粉虱的毒杀作用。【结论】UGT354A1基因在Q型烟粉虱中对噻虫嗪具有重要的解毒作用,可能参与了抗性的形成。

布渣叶糖基转移酶MpUGT1基因cDNA克隆及生物信息学和表达分析

UGT催化的糖基转移反应对合成黄酮苷类至关重要。为探究影响布渣叶黄酮苷生物合成的糖基转移酶,本研究参考布渣叶转录组数据,设计特异性引物,采用RT-PCR法对布渣叶中的UDP-葡萄糖基转移酶(UDP-glucosyltransferase, UGT)基因MpUGT1的编码区进行克隆,并通过在线服务器分析该基因的生物信息学特性;利用实时荧光定量PCR方法检测了MpUGT1基因在布渣叶的芽、叶、枝、果、花不同部位的表达情况。结果表明,本研究克隆得到的布渣叶MpUGT1基因,其cDNA全长为1 397 bp,ORF 1 377 bp,编码458个氨基酸,GenBank登陆号为KY652922。生物信息学预测分析该基因编码蛋白质分子式为C2324H3643N603O671S18,相对分子质量为51 kD,理论等电点(PI)为5.99,不稳定系数为43.81,亲水性系数为-0.105。该蛋白没有跨膜结构域,含有UDP-葡萄糖醛酸/UDP-葡萄糖基转移酶家族保守结构域,不含信号肽,定位于叶绿体。RT-qPCR组织特异性表达分析结果表明MpUGT1在芽、叶、枝、果、花中均有表达,且叶的表达量最高。系统进化树分析显示Mp UGT1与同科植物黄麻、长蒴黄麻等同源UGT的相似度最高,均达到了约80%;上述结果为进一步研究该基因在布渣叶黄酮苷生物合成中的作用奠定了基础。