黄草乌为云南的道地药材,其富含滇乌碱等二萜生物碱,二萜生物碱是其主要活性成分.法呢基焦磷酸合酶(FPS)是萜类生物合成途径中的一个关键酶,在二萜生物碱生物合成中发挥重要作用,其功能研究有助于揭示二萜生物碱合成的分子机制.该研究基于黄草乌转录组数据,筛选到 1 条FPS基因(AvFPS),克隆其全长序列并进行了生物信息学分析、功能验证以及基因表达分析.AvFPS开放阅读框(ORF)为 1 056 bp,编码 351 个氨基酸,相对分子质量约为 41 kDa,其具有异戊烯基转移酶的 2 个典型保守功能域"DDIMD"和"DDYXD".在大肠杆菌中表达AvFPS重组蛋白,用纯化重组蛋白进行体外酶促反应,结果表明,AvFPS能够催化法呢基焦磷酸(farnesyl pyrophosphate,FPP)的合成.qRT-PCR分析结果表明,AvFPS基因在黄草乌根、茎、叶和花中均有表达,在根中表达量最高;经MeJA诱导后,AvFPS的表达量明显上调.该研究明确了AvFPS的催化功能,揭示了AvFPS在不同组织以及经MeJA诱导不同时间段的表达模式,为更深入了解FPS基因在二萜类成分生物合成途径中的功能提供了参考.

[目的]异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases,IPT)参与反式玉米素(trans-zeatin,tZ)的生物合成.tZ是调节植物生长发育和抵抗逆境胁迫的一种细胞分裂素类型,在促进芽生长和调控植物侧枝发育方面具有重要作用.探索IPT的功能,为后续新麦草产量性状改良提供了理论依据.[方法]通过对新麦草IPT进行系统发育和多序列比对,探究其编码氨基酸序列的特征和同源性.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,并运用逆转录PCR(RT-PCR)和蛋白质印迹(Western blot,WB)对转基因植株进行验证,利用实时荧光定量逆转录PCR(RT-qPCR)对其组织表达模式进行分析,使用液质联用系统测定反式玉米素.[结果]IPT在新麦草(Psathyrostachys juncea)和二粒小麦(Triticum dicoccoides)等麦类作物中具有高度同源性,且AtIPT9 是PjIPT的同源蛋白.通过花粉管通道法获得过表达PjIPT拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,证明PjIPT上调植株分枝数.RT-PCR和蛋白质印迹分析显示,PjIPT在转录水平和蛋白水平均能够正常表达.利用不同部位组织RT-qPCR分析PjIPT的空间特异性表达,结果显示,PjIPT在拟南芥的分蘖节和叶中特异性表达.此外,反式玉米素的定量分析表明PjIPT通过参与tZ的生物合成去调控拟南芥植株分枝数.[结论]PjIPT是上调植株分枝数的关键基因.

香豆素是一类以苯骈α-吡喃环为母核的天然产物,许多香豆素衍生物具有多种药理活性,如抗菌、抗炎、抗肿瘤、抗凝血、抗骨质疏松、杀虫等,在医药、农业领域发挥了重要作用.香豆素衍生物的开发利用一直备受关注.随着基因测序技术的成熟以及合成生物学的快速发展,香豆素衍生物的生物合成研究已取得许多重要进展,也日益受到国内外学者的关注.该文综述了目前已报道的香豆素衍生物的生物合成关键酶,如细胞色素P450酶(cytochrome P450 enzyme,CYP450)、异戊烯基转移酶(prenyltransferase,PT)、UDP-葡萄糖基转移酶(UDP-glucosyltransferase,UGT)等,并对其在抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗菌等方面的药理活性进行系统总结,期望为香豆素衍生物的生物合成研究及其药用潜力的进一步挖掘提供参考价值.

目的:探究北沙参中香豆素含量及IPT基因相对表达量的差异,为北沙参品质评定及进一步选优育种提供理论依据.方法:采用HPLC法测定北沙参中 9 个香豆素的含量,实时荧光定量PCR检测异戊烯基转移酶基因(IPT)的相对表达量.结果:栽培品种北沙参莱阳、赤峰及野生品种八仙岛、金石滩、海阳中香豆素含量较高;赤峰和海阳种源中北沙参IPT基因相对表达量较高;IPT基因表达量与补骨脂素、异茴芹内酯含量呈极显著正相关(P<0.01);主成分分析得出莱阳与海阳为优质北沙参种源.结论:该实验探究了8 个种源北沙参中香豆素的含量、IPT基因表达量的差异及二者间的相关性,可为筛选具有高应用价值的北沙参种源提供参考,有助于北沙参的进一步开发利用.

生姜是一种重要的"药食同源"植物,但其种植过程中容易受到各种生物/非生物胁迫的影响,不利于生姜的安全生产.异戊烯基转移酶(IPT,isopentenyl-transferases)是催化细胞分裂素生物合成的关键酶,也是重要的限速酶,与植物的抗逆性关系密切.本研究通过系统的生物信息学分析,从生姜基因组中鉴定到10个ZoIPT,并且将其命名为ZoIPT1～ZoIPT10.其编码蛋白的氨基酸长度范围在283～491 aa之间,分子质量在31.14～54.02 kDa,等电点在4.97～9.37之间;蛋白质特征分析表明,所有ZoIPTs均具亲水性.共线性关系分析发现生姜IPT基因与15个芭蕉IPT基因存在共线性,与1个拟南芥IPT基因存在共线性.转录组数据分析结果显示,ZoIPTs有一定的组织表达特异性,并且能响应病害、低温等逆境胁迫,其中,ZoIPT3和ZoIPT5在生姜不同生长时期、不同部位、低温和病害胁迫下均有较高表达.qRT-PCR分析结果表明,ZoIPTs响应干旱、淹水、盐胁迫.在淹水和盐胁迫下,根茎中ZoIPT3表达量显著上升;在干旱胁迫下,叶和根茎中ZoIPT5的表达显著上升.综上所述,本研究通过系统的鉴定、进化分析、特征分析、启动子分析、表达模式分析,并对干旱、盐、淹水胁迫下的表达模式进行了分析,为深入研究ZoIPT在调控生姜生长发育和抗逆性中的生物学功能提供了理论基础.

类异戊二烯(isoprenoids)是最具化学多样性的一种天然分子家族,参与微生物中类胡萝卜素、甾醇等次生代谢物的合成,这类物质在工业大规模生产中具有广阔的商业前景.异戊烯基转移酶是类异戊二烯合成途径中的关键酶,其活性及编码基因的转录水平参与调节次生代谢物产量,在类异戊二烯化合物生物合成途径中发挥重要作用.本文重点归纳了微生物中异戊烯基转移酶的发现与鉴定,分析其结构特点与链长决定机制,讨论异戊烯基转移酶家族之间的复杂进化,概述酶基因表达调控的应用以及生物合成研究现状,为深入研究异戊烯基转移酶作用机理及各领域中的应用提供思路.

目的 研究小槐花Desmodium caudatum抑制肿瘤细胞增殖和转移的作用,并探讨其对Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路的调控作用.方法 采用不同条件制备8种小槐花提取物,MTT法检测小槐花提取物1～8对HCT-116、SW480细胞增殖的影响;结晶紫染色检测小槐花提取物2、3对结肠癌HCT-116、SW480细胞集落形成的影响;划痕实验检测小槐花提取物2、3对HCT-116、SW480细胞迁移的影响;从活性较高的提取物2中提取分离出5个黄酮类化合物(1～5),MTT法检测化合物1～5对HCT-116、SW480、HepG2、RAW264.7、LX-2细胞增殖的影响;结晶紫染色检测化合物1(8-异戊烯基槲皮素,0.5、1.0、2.0、5.0、10.0μmo1·L-1)对HCT-116和SW480细胞集落形成的影响,划痕实验检测8-异戊烯基槲皮素对HCT-116和SW480细胞转移的影响.Western blotting实验检测8-异戊烯基槲皮素对HCT-116和SW480细胞中AMPK和Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白表达的影响;荧光素酶报告基因检测实验观察8-异戊烯基槲皮素对β-catenin与T细胞因子(TCF)结合能力的影响.结果 与对照组比较,小槐花根茎提取物2和3以及8-异戊烯基槲皮素能显著抑制结肠癌细胞的增殖和迁移(P＜0.05、0.01、0.001).与对照组比较,8-异戊烯基槲皮素能够显著上调p-AMPK蛋白的表达(P＜0.05、0.001),显著下调AMPK、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)、肉毒碱棕榈酰基转移酶1A(CPT-1A)和脂肪酸合成酶(FAS)蛋白的表达(P＜0.05、0.01、0.001),表明其能够促进癌细胞AMPK信号通路的激活.与对照组比较,8-异戊烯基槲皮素显著下调β-catenin以及其下游糖原合酶激酶3β(GSK-3β)、核内原癌基因(c-Myc)和G1/S-特异性周期蛋白-D1(CyclinD1)的蛋白表达(P＜0.05、0.01、0.001),同时显著降低TCF报告基因结合位点(野生型)和荧光素酶开放阅读框TOPflash(pGL3-OT)活性(P＜0.05、0.01),但不影响FOPflash(含突变位点)活性,表明其抑制β-catenin的表达和β-catenin/TCF复合物的结合.结论 小槐花黄酮8-异戊烯基槲皮素通过调控Wnt/β-catenin和AMPK信号通路抑制结肠癌细胞增殖和转移.

三七是我国传统的名贵药材,在活血祛瘀、通脉活络、改善心肌缺血等方面具有重要的临床效果.三七主要活性成分为三七皂苷,包括人参皂苷Rb1,人参皂苷Rg1和三七皂苷R1,均属于达玛烷型四环三萜化合物.本文对三七皂苷的生物合成途径及分子调控机制的最新研究进行了分析、整理和归纳,基于其他植物的研究结果,认为达玛烷型四环三萜皂苷主要通过乙酸/甲羟戊酸途径合成,包括异戊烯基焦磷酸、二甲基烯丙基焦磷酸的合成,2,3-氧化鲨烯的合成及环化、羟基化、糖基修饰等过程,涉及鲨烯合成酶、法呢基焦磷酸合成酶、鲨烯环氧酶、达玛烯二醇合成酶、糖基转移酶等关键合成酶,分析了关键合成酶的作用、表达特性、不同物种来源关键酶氨基酸序列的同源性及其对皂苷积累的影响;同时分析了三七皂苷对重金属、植物激素、内生真菌、温度、营养因子等环境因素刺激的响应方面,二者之间关系复杂,但皂苷类成分含量与各因子在一定范围或特定因子刺激下呈正相关.目前,相关研究主要集中在各个独立的关键酶基因的表达特性和对外界因子的响应,对于具体的催化过程、结构修饰和转录水平的调控仍处于初级阶段,缺乏系统性和完整性的认知.

从小麦(Triticum aestivum L.)品种‘科农199’籽粒中克隆出维生素E基因TaHGGT-7AL及其另外两个拷贝,通过生物信息学分析,对其序列结构特征及蛋白序列的系统发育关系进行了初步研究.结果 显示:TaHGGT-7AL基因编码区长1227 bp,共编码408个氨基酸;TaHGGT-7AL与另外两个拷贝的序列一致性为95.45％.TaHGGT-7AL蛋白序列具有9个a-螺旋,该序列与禾本科HGGT蛋白的同源性在58.7％ ～ 98.5％之间.3个TaHGGT基因分别位于小麦基因组的7AL、7BL和7DL染色体上,均具有与膜相关的UbiA异戊烯基转移酶家族的保守结构域和一个转运肽.系统进化分析结果表明,TaHGGT-7AL与禾本科植物的亲缘关系较近.qRT-PCR分析结果显示,TaHGGT-7AL只在小麦颖壳和籽粒中表达,且在花后13d籽粒的表达量最高.在ABA、4℃低温、干旱及黑暗胁迫处理下,TaHGGT-7AL表达量上调;NaCl处理24 h后,该基因表达量升高,表明TaHGGT-7AL可以对非生物胁迫产生响应.

尿黑酸茄尼酯转移酶(homogentisate solanesyltransferase,HST)是一种尿黑酸异戊烯基转移酶(HPT),催化尿黑酸和茄尼醇焦磷酸的聚合反应,为植物中质体醌9 (PQ9)合成的关键酶.本实验利用RACE技术克隆了丹参中HST基因cDNA,将其命名为SmHST.SmHST的开放阅读框(ORF)为1 137 bp,编码378个氨基酸残基,蛋白大小为41.75 kD,等电点(PI)为9.68.SmHST为膜结合蛋白,具有复杂的高级结构.亚细胞定位预测该蛋白定位于叶绿体中,这和PQ9合成部位是一致的.Real-time PCR分析SmHST基因在丹参嫩叶中表达量最高.SmHST响应PEG6000和MeJA处理,说明SmHST可能参与了丹参的抗逆过程.