毛白杨4CL基因启动子的克隆及初步功能分析

4CL(4-coumarate:CoA ligase,4-香豆酸:辅酶A连接酶)在植物木质素合成途径中催化羟基香豆酸生成羟基肉桂酰CoA,主要在木质部中表达,对植物木质素生物合成具重要调控作用.为研究4CL基因启动子在转基因植物中的表达特性,探索其在植物基因工程研究中的潜在应用价值,利用PCR方法从毛白杨基因组DNA中扩增得到了4CL启动子片段.序列分析表明与美洲山杨(P.tremuloids)的4CL启动子同源性为95%.采用生物信息学方法对该序列进行分析.与GUS基因融合构建双元表达载体,转化烟草的瞬时表达检测可见明显GUS活性.     

杨树木质部特异性定位表达4CL1启动子的结构与表达特性

4-香豆素COA连接酶(4CL1)是木质素代谢途径中的一个关键酶,对该基因启动子的表达特性与调控元件进行了研究:首先,对毛白杨4CL1启动子进行了生物信息学分析,结果表明该启动子包括3个顺式作用元件,box P(CCTTCACCAACCCCC),box A(CCGTTC),box L(TCTCACCAACC),这3个顺式作用元件在已知的木质素代谢途径相关酶系如苯丙氨合成酶(PAI)和4CL中普遍存在;其次,运用PCR方法对该启动子进行了剪切,获得一个长393 bp的启动子片断,该启动子片断包括以上3个顺式作用元件;最后,将该启动子片段与GUS报告基因构建了植物表达载体并转化烟草,成功获得转基因再生苗,结果发现转基因烟草的茎木质部呈现GUS染色阳性.研究结果表明,一个393 bp长度的4CL1启动子片断足以介导外源基因在木质部特异性定位表达.     

植物类异戊二烯生物合成相关酶基因研究进展

类异戊二烯化合物是自然界广泛存在的一大类天然化合物,具有重要的生物学功能及经济价值．在植物体内,类异戊二烯化合物的生物合成主要有2条代谢途径：甲羟戊酸（MVA）途径和2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径．综述了国内外对植物中这2条代谢途径中相关酶基因的功能、分离情况、表达特性,以及2条代谢途径之间中间产物的交换等方面的研究进展．     

鹿茸草全长转录组测序与次生代谢产物生物合成相关基因的挖掘

为获得鹿茸草的全长转录组信息,挖掘鹿茸草次生代谢化合物生物合成途径相关酶的基因,该文基于单分子测序技术,利用Pacbio高通量测序平台,对鹿茸草进行全长转录组测序,共获得48 005条去冗余的高质量转录本,与NR、Swiss-Prot、GO、KEGG等8个数据库进行BLAST比对,共有45 362个转录本被成功注释,注释率为94.50%.其中有389条转录本被注释到KEGG的10条标准次生代谢生物合成通路中.对转录组数据进一步分析发现：参与鹿茸草苯丙素类生物合成的转录本有194条,参与生物碱类生物合成的转录本有115条,参与类黄酮化合物生物合成的转录本有23条,参与其他次生代谢产物的转录本有57条,参与次生代谢后氧化与糖基化修饰的转录本有204条.鹿茸草全长转录组的获得极大地丰富了鹿茸草的遗传信息,初步揭示了参与鹿茸草次生代谢产物合成相关的基因通路,为深入研究鹿茸草次生代谢产物合成途径关键酶的功能及其调控机制奠定了基础.     

猕猴桃AsA生物合成途径及调控机制研究进展

抗坏血酸(AsA)在植物生长发育及果实品质形成方面扮演重要角色,对人体健康也具有重要作用.猕猴桃果实中富含AsA,是研究植物AsA代谢与调控的宝贵材料.目前对于AsA生物合成已经有一定的了解,植物中公认的AsA生物合成途径有4种,其中对主要合成途径L-半乳糖途径研究比较透彻,其他3条途径仍有未证实的酶反应和相关基因,AsA代谢及调控机理也有待深入研究.综合国内外AsA研究现状,主要从猕猴桃中AsA积累的差异、AsA的生物合成及其相关基因与调控酶进行阐述,以期为今后通过植物生物合成途径提高AsA含量提供理论依据,为猕猴桃种质创新与品种改良奠定基础.     

真菌绿原酸的生物合成途径解析及调控策略

绿原酸具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒等生物学功能。为提高真菌中绿原酸的生物合成量,实现真菌的提质增效,本文综合分析植物与真菌绿原酸的生物合成过程及其异同,绘制了绿原酸的生物合成途径;比较目前提高绿原酸合成量的方法,发现逆环境胁迫是积累绿原酸的关键。在培养真菌的过程中,可通过UV-B处理、增加光照强度、适当的光照时长、蓝光照射、低温胁迫、干旱胁迫等物理处理来调控其生长代谢,或者施加外源激素或转录因子刺激绿原酸生物合成途径中关键调节酶的过量表达,如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酰辅酶A连接酶(4CL)、莽草酸/奎宁酸羟基肉桂酰基转移酶(HCT)及羟基化肉桂酰转移酶(C3H)等,这些酶的过表达可增加绿原酸生物合成途径的流通量,进而提高真菌中绿原酸的含量。     

石斛碱生物合成途径及萜类化合物CYP450酶的研究进展

为了对石斛碱生物合成途径进一步解析,对石斛碱生物合成途径研究进展、5 种药用萜类生物 合成的 CYP450 酶功能、CYP450 酶研究手段三个方面进行文献综述。 通过综述石斛碱生物合成研究进展, 提出 CYP450 酶在石斛碱合成途径中羟基化中间体的作用;总结对药用萜类青蒿酸、丹参酮、鼠尾草酸、人参 皂苷、甘草甜素等合成途径中 CYP450 酶的功能研究与鉴定,发现 CYP450 酶在萜类化合物中的主要功能为 羟基化、酮基化等氧化功能;总结 CYP450 酶的研究手段:一方面基因的筛选可以通过数据库检索或植物组 织、多因子诱导表达差异筛选,另一方面基因的表达和功能鉴定通过基因工程的多种手段,转入原核或真核 宿主细胞中表达出酶蛋白,然后加入底物鉴定其催化活性。 最后,展望下一步石斛碱生物合成 CYP450 酶的 挖掘,认为可以通过已有的转录组中筛选出差异 CYP450 酶基因并进行蛋白表达,然后通过上游酶催化或从 植物中分离纯化的方式获得底物,从酶蛋白与底物的催化挖掘与石斛碱合成相关 CYP450 酶类。     

拟南芥PAL基因家族鉴定及表达模式分析

为研究苯丙氨酸解氨酶（PAL）作为苯丙烷类代谢途径的关键酶,在植物响应环境胁迫过程中的重要作用,本研究利用HMMER、Pfam与SMART等工具,从拟南芥全基因组中筛选获得 9 个PAL成员,分析其编码酶蛋白的理化性质、二级结构与保守基序等信息.同时,结合转录组与定量PCR分析PAL成员在干旱与盐胁迫条件下的表达模式.结果表明,拟南芥PAL成员的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成;亮氨酸和丙氨酸为含量较高的氨基酸残基;拟南芥PAL成员含有 20 种不同的保守基序,其中motif6含有ASG活性位点,为所有PAL成员所共有;较多PAL成员具有光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育相关的顺式调控元件.转录组学与定量PCR分析发现,AT3G53260.1、AT3G53260.2与AT3G47660.1的mRNA表达水平在干旱与盐胁迫后发生显著变化,推测这 3 条基因可能参与拟南芥对干旱及盐胁迫的响应过程,表明PAL基因在调控植物生长发育与非生物胁迫响应过程中发挥重要作用.     

玉米两个亚基因组与C4途径的进化

玉米不仅是重要的粮食作物,同时也是重要的C4光合作用作物.通过对玉米中有关C4途径的基因与高粱基因进行比较分析以及构建相应的系统发育树,发现C4途径中3个关键酶基因的基因家族以及一个叶绿体蛋白酶基因,它们都具有独立的适应进化过程.另外,对玉米C4途径中两个亚基因组基因Maize1和Maize2给出了明确的定义,发现了在C4途径进化过程中两个亚基因组中同源基因丢失不均衡现象,即在C4途径中Maize1相对于Maize2保留了更多的基因.     

油茶苯丙氨酸解氨酶基因的cDNA克隆与序列分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)是苯丙烷类代谢途径的关键酶之一。以油茶(Camellia oleifera)近成熟种子cDNA文库和EST文库为材料,通过分子克隆方法鉴定了PAL全长cDNA。结果表明：油茶PAL基因的cDNA长2 118 bp,编码705个氨基酸,与其他物种的PAL具有较高的相似性,在进化上高度同源;油茶PAL编码的蛋白质序列包含与水稻、玉米PAL蛋白质相同的脱氨基位点和催化活性位点;PAL系统进化树表明, 油茶PAL基因与灌木类植物的PAL基因聚类关系最近。     

Obtaining the transgenic poplars with low lignin content through down-regulation of 4CL

The antisense 4CL (4-coumarate: CoA ligase)gene was transformed into triploid Chinese white poplar(Populus tomentosa) mediated by Agrobacterium tumefaciens.PCR and Southern blot analysis indicated that antisense 4CLgene had been integrated into the genome of the transgenicChinese white poplars. The antisense gene had also beenexpressed, which was indicated by RT-PCR and Westernanalysis. Klason lignin content assay showed that repressionof 4CL expression could result in remarkable reduction oflignin content in transgenic poplars, with most reduction of 41.73% compared with that of wild type in this paper. Butthere is no significant difference in holocellulose content be-tween trans- genic and wild poplars. We considered that 4CLmight not be the metabolism control point between ligninand carbohy- drate biosynthesis. The stems of transgenicpoplars displayed red-brown color with different levels afterthe bark was peeled, while those of untransformed plantswere white. No visible differences in growth and developmentwere observed between transgenic and wild plants. Wiesnerreaction analysis of the transgenic plant stems with reducedlignin content exhibited red color, while that of untrans-formed plant was typically purple-red.     

cDNA cloning and functional analysis of 4-coumarate --CoA: ligase (4CL) gene in Chinese white aspen

cDNA encoding 4-coumarate: CoA ligase (4CL) was isolated from the secondary developing xylem of Chinese white aspen (Populus tomentosa) by RT-PCR for the first time, which was 1619 bp in length. The coding sequence and putative amino acid sequence showed 97.53% and 97.00% identity to that of Pt4CL1 in quaking aspen (P. tremuloids), respectively. Molecular analysis indicated that 4CL was encoded by multiple genes in P.tomentosa, its mRNA was highly accumulated in xylem and the expression of 4CL revealed a biphasic pattern in one growing season, almost in phase with the expression of other related enzymes in lignin biosynthesis. Transgenic research showed that expression of antisense 4CL cDNA led to the decreasing of lignin content in transgenic tobaccos, among which the average reduction was 10.3% and the highest could be up to 18.9%. These data suggested that 4CL gene was a potential gene used in altering lignin biosynthesis by biotechnology for producing new materials of papermaking.     

GRP1.8融合4CL1基因调控杨树木质素生物合成

将形成层定位启动子GRP1.8与毛白杨的4-香豆酸:辅酶A连接酶基因融合,叶盘法转化毛白杨741,southern杂交检测表明融合基因已经整合到转基因杨树的基因组中.通过实时定量PCR技术测定mRNA的表达量,GC-MS分析4CL底物香豆酸的含量和定量硫酸木质素含量,分析了4CL基因的过量表达对转基因杨树生理生长的影响.实验结果表明,整合了正义4CL1的转基因植株在茎中的酶活性比野生植株增加了30%,木质素含量增加了40%.     

拟南芥AtPLC4基因RNAi载体的构建及遗传转化

利用RNAi技术,构建了AtPLC4基因的RNAi双元载体,并进行了拟南芥的遗传转化,通过抗性筛选及PCR鉴定,获得20株遗传转化株系.进一步通过RT-PCR检测,得到3株AtPLC4基因表达降低的转基因植株,为运用反向遗传学的方法深入研究AtPLC基因家族的生物学功能提供基础.     

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.     

不同花色品种蝴蝶兰花色素苷含量分析及相关基因表达研究

分析红色、黄色、粉紫色和白色蝴蝶兰品种不同开放度的花和叶花色素苷生物合成途径7个结构基因PAL、4CL、CHS、DFR、F3H、F3'5H和ANS基因和3个调节基因的表达.结果显示:10个基因的表达因不同花色、不同发育阶段而异.这10个基因在叶中的表达量相对花较低.黄金甲中PAL、4CL、CHS、F3H、F3'5H基因的表达量均较高,PAL、4CL、CHS和F3'5H在开花期达到峰值,粉色花空港红鹰花DFR、CHS、F3H、F3'5H表达量较高.白色花空港枫叶和黄色花富乐夕阳花中CHS、DFR、F3H、F3'5H和ANS表达量较低.CHS在6个品种花的不同阶段皆有表达.F3H基因在6个品种中表达量较低,与花色素合成不存在直接相关.调节基因b HLH 6个品种各发育阶段的表达量均较高,MYB表达量较低,这些结果表明,蝴蝶兰花色素苷积累是CHS、F3'5H、DFR和ANS等关键结构基因共同表达的结果,编码转录因子b HLH基因的表达可能在花色形成中作用较大.     

水稻bHLH转录因子Os11g39000的功能研究

水稻Os11g39000为非典型的bHLH家族成员,其功能尚不清楚.酵母双杂交实验表明,转录因子Os11g39000可以形成同源蛋白聚合体.随机结合位点筛选实验表明,转录因子Os11g39000可以与DNA结合,并且其结合位点初步确定为TT/CG/CACC/GT/C.Os11g39000基因的组织表达模式分析发现,Os11g39000基因主要在叶片和根中表达,推测该基因可能在叶和根的发育调控中发挥作用.水培实验发现,该基因功能缺陷型转基因株系的根长显著短于野生型,表现出明显的根部发育缺陷,表明Os11g39000在水稻根的发育中起调控作用.Q-PCR分析进一步证明,功能缺陷型转基因植株体内生长素合成和信号转导相关基因表达量显著上升,表明转录因子Os11g39000参与了水稻生长素的合成和信号转导的调控.     

小麦根尖细胞分化过程中木质素合成及其相关酶的活性变化

小麦（Triticumaestivum）根尖细胞分化过程中，苯丙氨酸解氨酶[PAL．EC4．3．1．5]和对香豆酸辅酶A联结酶[4CL，EC6．2．1．12]的活性从分生区至成熟区逐渐增加．PAL活性在分生区细胞中为0.4CL活性近似为0．在成熟区细胞中PAL和4CL活性均增加到最大．木质素的含量变化与PAL和4CL活性存在着平行性，同样在分生区细胞中木质素含量很低，到伸长区稍许增加，至成熟区增加最多．PAL和4CL是木质素合成的开始步骤和关键酶．木质素主要在管状分子和细胞壁次生加厚时沉积，是细胞分化的重要标志之一．