类黄酮在植物耐低温胁迫方面发挥着重要作用,为揭示低温对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片中类黄酮合成的影响,采用分光光度法测定了不同生长时期和低温胁迫下毛竹幼苗叶片中的类黄酮含量,通过生物信息学方法对毛竹类黄酮早期生物合成关键酶基因进行了鉴定,并用qPCR方法分析了其表达模式.结果表明,随着叶片的生长,类黄酮含量呈现先升高后降低的趋势,而低温下,功能叶片中类黄酮含量则呈现上调趋势,且在8 h时达极显著水平.在毛竹基因组中鉴定了类黄酮早期生物合成3个酶基因家族共29个成员,包括20个查尔酮合酶基因(PeCHSs)、8个查尔酮异构酶基因(PeCHIs)和1个黄酮-3-烃化酶基因(PeF3H1),这些基因的启动子中均含有响应低温及其他非生物胁迫的调控元件.PeCHSs倾向在根和叶中表达,而PeCHIs为组成型表达.在不同生长时期的叶片中,仅PeCHS1 表达与类黄酮的含量变化趋势一致;而低温胁迫下,3 个PeCHSs、2个PeCHIs和PeF3H1在功能叶片中呈上调表达,与类黄酮含量变化趋势一致.因此,毛竹可能通过提高类黄酮早期生物合成酶基因的表达量促进类黄酮的合成来响应低温胁迫.

植物色素主要有花青素、类胡萝卜素和生物碱类色素三大类,其中花青素是决定大部分被子植物组织或器官颜色的重要色素.花青素通过类黄酮途径合成,该途径是生物学上研究较多且较为清楚的代谢途径之一.近年来的研究表明,在该途径中除了查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和黄烷酮-3-羟化酶(flavanone-3-hydrolase,F3H)起着关键作用外,二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol 4-reduc-tase,DFR)对花青素的合成也至关重要.DFR可催化3种二氢黄酮醇和2种黄烷酮生成5种不同的花青素前体,且 D FR基因家族不同成员对各个底物的催化效率不同,因此它在一定程度上决定着植物中花青素的种类和含量,从而影响植物组织或器官的颜色.该文对近年来国内外有关DFR在花青素合成过程中的生物学功能与调控,包括DFR的特征、作用机制和系统进化以及环境、转录因子和一些结构基因与DFR的关系等方面的研究进展进行了综述,以期为DFR今后的研究和利用基因工程改变植物组织或器官的颜色提供理论依据.

查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)是花青素生物合成途径中的一个关键酶.本研究根据转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个新的CHI基因,命名为IbCHIL1.IbCHIL1基因cDNA长857 bp,包含1个621 bp的开放阅读框,编码206个氨基酸.聚类分析表明,IbCHIL1属于Ⅳ型CHI成员,和其他植物中的类似蛋白具有很高的同源性.表达分析显示,IbCHIL1主要在紫肉甘薯中表达,与花青素积累正相关,推测该基因在甘薯花青素生物合成过程中具有重要的生物学功能.

目的 设计并合成新型喹啉类化合物,并研究其体外抗肿瘤细胞增殖和对拓扑异构酶的抑制活性.方法 以苯胺、乙酰乙酸乙酯、溴化苄、芳香酮为原料,经过Conrad-Limpach合成、Williamson合成、氧化、羟醛缩合等反应合成一系列目标化合物.采用MTr法测试目标化合物体外对人肝癌细胞HepG2、肺癌细胞A549、前列腺癌细胞LNCaP的抗增殖活性;通过拓扑异构酶介导的DNA松散实验考察目标化合物对拓扑异构酶的抑制活性.结果与结论 合成了30个未见文献报道的新型喹啉类化合物,其结构经1 H-NMR、13 C-NMR、MS谱确证;化合物Ⅱ1在50 μmol·L-时对拓扑异构酶Ⅱ具有较强的抑制活性;大部分目标化合物对所测试的3种肿瘤细胞表现出较强的细胞毒活性.构效关系研究表明,取代基对化合物的抗增殖活性具有较大的影响,在苄基的对位引入氟原子化合物的活性最好.

以‘凤丹’牡丹的组培苗为材料,在含有0-5.0 mg/L硝酸银的基础培养基中进行培养后,通过测量总酚含量、单体酚种类及其含量的变化和相关基因的表达情况,确定不同浓度的硝酸银对抑制愈伤组织褐化的作用.结果表明,培养基中加入硝酸银能够抑制相关基因的表达,明显降低愈伤组织中多酚类物质的含量进而减轻植物组织褐变程度,其中2.0 mg/L的综合效果最好;硝酸银对组培苗褐变过程中产生影响的单体酚有绿原酸、芦丁、香豆酸、对香豆酸、表儿茶素、二氢槲皮素;硝酸银处理后的的愈伤组织中,转录因子MYB2、WD40-1、WD40-2与结构基因苯丙氨酸解氨酶(PAL)、黄烷酮醇还原酶(DFR)、查耳酮合酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、3-二氢黄酮羟化酶(F3H)、黄酮醇3'-羟化酶(F3'H)的表达量与褐变等级和总酚含量之间存在显著的相关性(P＜0.05).

实验通过下载已报道查尔酮异构酶基因序列,设计简并引物,利用RACE克隆红花查尔酮异构酶基因全长,克隆了两个红花查尔酮异构酶基因,分别命名为CtCHI1和CtCHI2,NCBI登录号分别为MF996507和MF996508.用在线软件对序列进行分析,并用MEGA进行进化树分析,CtCHI1全长967 bp,CtCHI2全长997bp,属查尔酮异构酶家族基因.定量PCR分析红花查尔酮异构酶基因表达得出,CtCHI1在花中且在时期2表达量较高,而在叶、茎及根中不表达,CtCHI2仅在茎中有少量表达.实验还发现,MeJA显著促进CtCHI1基因的表达,而对CtCHI2无调控作用,推测CtCHI1参与红花花中类黄酮的生物合成.实验成功克隆了两个查尔酮异构酶基因并对其进行表达分析,为红花类黄酮的生物合成及调控机理研究奠定基础.

以疏花卫矛(Euonymus laxi florus)、丝棉木(E.maackii)和卫矛(E.alatus)3种卫矛属植物为试验材料,测定叶片转色期叶色参数和相关生理生化指标,探讨各项指标的变化规律和内在联系,为优良色叶植物的筛选提供依据.结果 表明:(1)转色期,疏花卫矛的明亮度参数L*和色素参数b*(黄/蓝)呈上升趋势,色素参数a*(红/绿)变化不大;丝棉木的L*和b*呈先上升后下降的单峰曲线,a*呈上升趋势;卫矛的L*和b*变化不大,a*呈上升趋势.(2)3种植物的叶绿素含量在转色期呈明显下降趋势;疏花卫矛的花色素苷相对含量、花色素苷/叶绿素的值较为平稳,类胡萝卜素/叶绿素的值呈上升趋势;丝棉木和卫矛的花色素苷相对含量、花色素苷/叶绿素的值均呈上升趋势,类胡萝卜素/叶绿素的值保持平稳.(3)3种植物苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性呈下降趋势,查尔酮异构酶(CHI)活性呈先上升后下降的单峰曲线;卫矛的过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性保持平稳,疏花卫矛和丝棉木的POD活性呈上升趋势,疏花卫矛的PPO活性保持平稳,丝棉木的PPO活性呈下降趋势.(4)疏花卫矛和卫矛的可溶性糖和淀粉的质量分数呈先上升后下降的单峰曲线,丝棉木的可溶性糖和淀粉的质量分数呈上升趋势.(5)相关性分析显示,疏花卫矛呈现黄色主要是因为叶绿素的分解,丝棉木和卫矛呈现红色是因为花色素苷的合成,可溶性糖、淀粉、CHI对花色素苷的合成有一定作用,POD对叶片呈现红色有促进作用,PAL和PPO活性对花色素苷的合成无显著影响.

花色苷是类黄酮家族中重要的一类次生代谢产物,对果实呈色起重要作用.CHS(查尔酮合成酶)和CHI(查尔酮异构酶)为花色苷合成提供了前体物质,是花色苷合成所不可或缺的.利用RT-PCR和RACE方法,本研究从石榴果皮中克隆了与花色苷合成相关的CHS基因和CHI基因的cDNA全长,同时采用qRT-PCR研究了这两个基因在三个不同色泽石榴品种‘红宝石’、‘水晶甜’、‘墨石榴’发育期内的表达模式,并分析了果皮花色苷含量变化与基因转录水平的关系.结果 表明,石榴中CHS和CHI基因cDNA全长分别为1 197bp和693 bp,分别编码398和230个氨基酸,命名为PgCHS和PgCHI,在GenBank中的登录号分别为KF841615和KF841616.在氨基酸水平上,PgCHS与荔枝、葡萄、山竹等果树的同源性达到90％以上.PgCHI与果树中龙眼、梨、美洲葡萄、桑树等同源性达到70％以上.qRT-PCR结果显示,CHS和CHI基因的表达模式随色泽发育期和品种不同而有差异.在‘红宝石’石榴中,该两个基因都有前期和后期两个表达高峰期;而‘水晶甜’石榴中这两个基因的表达高峰期均出现在中后期;‘墨石榴’发育初期时CHS和CHI的表达量最高,以后的表达量都较低.同一品种内,CHS和CHI的表达具有协同性,两者的协同性表达有利于花色苷及其他类黄酮相关产物的合成.3个品种中CHS和CHI基因的表达与花色苷的积累并不一致.

柚皮素是一种天然黄酮类化合物,具有抗炎、抗氧化、抗病毒、预防动脉粥样硬化等多种药理活性,也是其他黄酮类化合物合成的重要前体,具有重要的应用价值.目前,微生物法生产柚皮素等黄酮类化合物由于代谢通路不平衡等原因导致产量较低,在很大程度上限制了其工业应用.文中以一株产柚皮素的酿酒酵母菌株Y-01为研究对象,利用启动子和拷贝数控制柚皮素合成代谢途径关键酶4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)和查尔酮异构酶(CHI)编码基因的表达水平,考察这些基因的表达水平对目标产物积累水平的量化影响.结果 表明,柚皮素产量与4CL或CHI编码基因的表达量之间关联性较低,而与chs基因的表达量存在显著的正相关性.通过调控chs基因的表达水平,获得一株高产柚皮素的酿酒酵母工程菌株Y-04,产量较出发菌株Y-01提高了4.1倍.研究结果表明,CHS是柚皮素合成过程的关键调控靶点,合理调控CHS表达可以显著促进酿酒酵母积累柚皮素.相关结果为采用代谢工程强化微生物合成柚皮素等重要黄酮类化合物提供了重要的理论参考.

查尔酮异构酶(CHI)是类黄酮合成途径中的第二个关键酶,对调控整个代谢途径起着重要作用,明确该基因功能,为进一步揭示中间锦鸡儿的抗逆机制提供理论依据.根据已知CHI基因的保守结构域设计简并引物,以中间锦鸡儿cDNA为模板,克隆得到CiCHI全长,并通过序列分析、系统进化分析进行确认.qRT-PCR检测分析发现,中间锦鸡儿CiCHI的表达受到紫外、NaCl、ABA等胁迫诱导.CiCHI在叶中表达量最高,茎中次之,根中最少.异源表达CiCHI使拟南芥的总黄酮含量明显增加.