肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是催化木质素合成特异途径的第一个限速酶,对木质素的合成起关键作用.从中间锦鸡儿中克隆了两个CCR基因,CiCCR2和CiCC3,其中CiCCR2基因开放阅读框为897bp,编码299个氨基酸,CiCCR3基因开放阅读框为966bp,编码322个氨基酸.过表达CiCCR2和CiCCR3转基因拟南芥株系幼苗期和成熟期木质素含量均高于野生型,组织化学染色也表明转基因株系木质素积累较野生型拟南芥多,且转基因株系鲜重和干重显著高于野生型.

肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)是木质素生物合成的关键酶之一,对木质素生物合成途径的碳流具有重要的调控作用.研究毛竹(Phyllostachys edulis)CCR基因的分子特征和表达模式对于揭示影响竹子材性的木质素调控机制具有重要意义.采用同源序列比对的方法在毛竹基因组中获取13个CCR基因同源序列,其中9个具有完整的保守结构域,依次命名为PeCCR1～PeCCR9.PeCCRs基因的内含子数量、长度和位置均存在较大差异,如PeCCR2有5个内含子,而PeCCR5没有内含子;内含子最长的为4 090 bp,最短的仅为89 bp.PeCCRs编码的氨基酸序列长度范围为136～391 aa,推测分子量在14.97～43.05 kD之间,理论等电点介于5.60～8.31之间.PeCCRs的氨基酸序列在N-端和C-端均存在明显的差异,二级、三级结构进一步显示了其差异,但中部序列具有很高的一致性,都含有肉桂酰辅酶A还原酶家族蛋白特有的保守结构域和催化位点,表明其进化上是比较保守的.基于转录组数据的基因组织表达特异性分析表明,Pe CCRs在各组织中的表达量差异明显,如PeCCR6在盛花期花序、鞭和笋中均未检测到基因表达,PeCCR9在盛花期花序中的表达是所有PeCCRs最高的,而PeCCR5在50 cm笋中则是所有检测到PeCCRs中最低的.本研究为进一步研究毛竹CCR基因家族成员的功能提供了参考,为利用基因工程调控竹子木质素提供了依据.

基于转录组测序,获得了茶树新梢叶片被茶丽纹象甲为害前后的差异基因表达谱,并从信号监测与转导、转录因子、次生代谢物生成等方面分析了相关基因的表达变化情况,为进一步研究茶丽纹象甲为害诱导的茶树防御机制奠定基础.结果 表明:(1)茶丽纹象甲为害茶树新梢叶片后共检测到显著上调表达基因309个,显著下调表达基因297个,这些显著差异表达基因共分成23类.(2)检测到信号监测与转导过程中合计17个单基因上调表达2.0～2.8倍,包括富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶基因、促分裂原活化蛋白激酶级联信号系统蛋白激酶基因、茉莉酸信号通路基因、钙离子信号基因、水杨酸代谢通路基因;检测到21个转录因子单基因上调表达1.8～2.8倍,包括bHLH、WRKY、bZIP、MYB、UAF等转录因子;检测到苯丙类、类黄酮及萜类物质代谢过程中合计8个单基因上调表达2.1～2.5倍,包括苯丙酮酸互变异构酶基因、肉桂酰辅酶A还原酶基因、二氢黄酮醇还原酶基因、花色素还原酶基因、法尼基二磷酸合成酶基因、法尼醇脱氢酶基因.研究认为,茶丽纹象甲为害诱导信号转导、转录因子及次生代谢过程中的基因增量表达以机械损伤作用为主,昆虫口腔分泌物对这些基因的诱导表达具有协同促进作用.

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素合成代谢的关键酶.该研究以菊芋(Helianthus tuberosus L.)‘廊芋8号’为材料,克隆到1个菊芋的CCR基因,命名为HtCCR1(GenBank登录号为MN205540),其开放阅读框(ORF)长975 bp,编码324个氨基酸,其中含有FR_SDR_e保守结构域.系统进化分析表明,HtCCR1与向日葵CCR蛋白(XP_021989763.1)共聚于一支,二者亲缘关系最近.实时定量PCR分析表明,HtCCR1基因在菊芋茎和叶中的表达量显著高于在根和块茎中;盐(150 mmol· L-1 NaCl)胁迫处理6、12和24 h后,处理组HtCCR1基因的表达量均显著高于对照组;干旱(20％ PEG6000)胁迫6和12h后,处理组HtCCR1基因的表达较对照组均显著上调.成功构建pET-28a-HtCCR1原核表达载体,转化大肠杆菌BL21 (DE3)并诱导出了符合预期大小的蛋白,表明HtCCR1重组蛋白已成功表达.该研究结果为进一步研究HtCCR1基因的功能及利用基因工程手段调节菊芋中木质素的生物合成奠定了基础.

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)在木质素生物合成途径中起着关键作用.本研究依据转录组数据设计特异性引物,采用RT-PCR方法从竹叶花椒(Zanthoxylum armatum)中克隆得到一个全新的CCR基因的全长cDNA序列,命名为ZaCCR.序列分析结果表明,ZaCCR包含完整的cDNA开放阅读框(OFR),由990 bp组成,编码329个氨基酸.Blast比对结果显示该蛋白质属于CCR家族蛋白;系统进化树结果显示竹叶花椒(Zanthoxylum armatum)与芸香科植物甜橙(Sweet orange,Citrus sinensis、蜜柑(Satsuma mandarin,Citrus unshiu)等亲缘关系较近.荧光定量PCR检测显示,ZaCCR在竹叶花椒中的表达量从大到小分别为:嫁接树的茎、实生树的茎、嫁接树的叶、实生树的叶.

[背景]乙酸肉桂酯是一种重要的香料化合物,在化妆品和食品工业上具有广泛的应用,传统的生产方法主要依靠植物提取和化学合成.[目的]通过筛选不同植物源的酰基转移酶,利用大肠杆菌从头合成乙酸肉桂酯.[方法]首先,通过在苯丙氨酸高产菌BPHE中表达异源基因苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine Ammonia-Lyase from Arabidopsis thaliana,AtPAL)、对羟基肉桂酰辅酶 A 连接酶(Hydroxycinnamate:CoA Ligase from Petroselinum crispum,Pc4CL)和肉桂酰辅酶A还原酶(Cinnamyl-CoA Reductase from Arabidopsis thaliana,AtCCR),并结合大肠杆菌自身的内源性醇脱氢酶(Alcohol Dehydrogenases,ADHs)或醛酮还原酶(Aldo-Keto Reductases,AKRs)的催化作用构建了从苯丙氨酸到肉桂醇的生物合成途径.然后,苯甲醇苯甲酰转移酶(Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Nicotiana tabacum,ANN09798;Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase from Clarkia breweri,ANN09796)或苯甲醇乙酰转移酶(Benzyl Alcohol Acetyltransferase from Clarkia breweri,BEAT)被引入到上述重组大肠杆菌中发酵培养生产乙酸肉桂酯.最后,在大肠杆菌中过表达乙酰辅酶A合成酶(Acetyl Coenzyme A Synthetase,ACS)来提高底物乙酰辅酶A的量.[结果]探讨了 3个植物源苯甲醇酰基转移酶生物合成乙酸肉桂酯的能力,并应用于合成乙酸肉桂酯的细胞工厂,最终使乙酸肉桂酯最高产量达到166.9±6.6mg/L.[结论]植物源苯甲醇酰基转移酶具有一定的底物宽泛性,能以肉桂醇为底物催化合成乙酸肉桂酯.首次利用植物源的苯甲醇酰基转移酶合成乙酸肉桂酯,为微生物细胞工厂以葡萄糖作为碳源生产乙酸肉桂酯提供参考.

作为一种非必需元素,重金属镉(cadmium,Cd)的污染对植物、环境乃至人类健康具有严重影响.利用绿化苗木移栽修复Cd污染土壤具有广阔的应用前景.为了明确丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对红叶石楠(Photinifraseri frase) Cd吸收的促进作用,本研究利用盆栽试验比较了接种扭形伞房球囊霉(Sieverdingia tortuosa)和摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)后红叶石楠的生长和Cd吸收差异,并利用转录组和微生物组测序技术分析了接种对红叶石楠根系基因表达水平和根围微生物群落结构的影响.结果 表明,接种摩西斗管囊霉后,红叶石楠根、茎、叶中Cd浓度相比对照分别增加了57.2％、44.1％和71.1％,全株Cd含量达到182 μg/株.东京基因与基金组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)代谢通路分析结果表明,接种摩西斗管囊霉影响了植物蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路、植物激素信号转导、糖酵解/糖异生和次生代谢产物的生物合成等相关基因的表达.微生物群落结构分析表明,接种扭形伞房球囊霉增加了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,而接种摩西斗管囊霉则增加了土壤中绿弯菌门(Chloroflexi)和髌骨细菌门(Patescibacteria)的相对丰度.接种AMF后球囊霉目(Glomerales)丰度显著增加,由对照的23％上升至70％以上.相关性分析结果显示,乙烯反应转录因子、α-氨基己二酸半醛合酶、异淀粉酶和胍丁胺脱氨酶等基因表达与球囊霉目丰度显著负相关,半胱氨酸氧化、热休克蛋白、肉桂酰辅酶A还原酶和脱落酸受体等相关基因表达与髌骨细菌门丰度呈显著正相关.结果 表明,摩西斗管囊霉的接种不仅直接影响了红叶石楠的基因表达水平,促进了红叶石楠对Cd的吸收,而且通过改变红叶石楠根围细菌群落结构,进一步提高了红叶石楠在Cd胁迫条件下的适应性.研究结果为进一步认识植物根系转录组和根围微生物组的相互关系提供了理论依据,并为Cd污染土壤修复提供了一种新的策略.

黄秋葵果实发育过程质地易木质化变硬,严重影响商品价值.为探究黄秋葵果实质地变硬的机制,选择易老化变硬的Z06和不易老化的苏优葵3号两个品种在其果实3个发育时期进行生化指标的测定及转录组测序.结果发现,品种间或不同发育时期果实质地的差异主要是由于木质素积累导致的木质化,纤维素和原果胶同时也起到积极的作用.转录组学分析表明,相同品种在不同果实发育时期的差异表达基因(DEGs,differentially expressed genes)主要在苯丙烷生物合成和次级代谢产物的生物合成途径显著富集;而相同时期两品种间的差异表达基因除了与苯丙烷生物合成途径有关,光合作用和光合作用天线蛋白途径也起重要作用.在果实成熟质地变硬阶段,苯丙氨酸酶(PAL,phenylalanineammonialyase)基因是影响木质素积累的关键基因;蔗糖合成酶3(SUS3,sucrose synthase)基因对纤维素的积累贡献最大,而β-葡萄糖苷酶(BGLU,β-D-glucosidase)基因的下调表达也是促进纤维积累的重要因素;半乳糖醛酸转移酶6(GAUT6,galacturonosyltransferase)基因和SUS6基因对原果胶的积累贡献较大,但大部分果胶酯酶(PME,pectinesterase)基因和聚半乳糖醛酸酶(PG,polygalacturonase)基因对原果胶的积累均呈负贡献.木质素合成相关基因PAL6、PAL5、PAL1及肉桂酰辅酶A还原酶2(CCR2,cinnamoyl-CoA reductase)基因、细胞色素P450亚酶84A1(CYP84A1,cytochrome P450)基因、CYP73A12,以及光合途径相关基因放氧增强蛋白2(PSBP2,oxygen-evolving-complex)基因和叶绿素a/b结合蛋白 2(CAB1R,chlorophyll a/b binding protein)基因是影响品种质地差异的重要基因.

为更好地挖掘八角(Illicium verum)挥发油合成相关基因,该文对挥发油性状差异显著的优良无性系桂角69号及普通品种砧01号叶片进行了转录组测序及组装注释,并对差异表达基因进行了GO分类和KEGG通路分析.结果表明:(1)转录本经组装后获得84182条序列,使用NR、NT、Swiss-Prot、KEGG、KOG、GO和Pfam数据库进行序列比对,共注释了59161条序列,筛选出30572个差异表达基因.与砧01号相比,桂角69号叶片中上调基因有15025个,下调基因有15547个.(2)GO分类结果显示共有20287个差异基因被注释.KEGG分析结果表明,有21600个差异基因被注释到133条KEGG通路上,其中挥发油合成相关的单萜生物合成通路、萜类骨架生物合成通路、苯丙素合成通路中的芳樟醇合酶、月桂烯合酶、香叶基香叶基焦磷酸合酶、肉桂酰辅酶A还原酶、咖啡酸3-O-甲基转移酶、肉桂醇脱氢酶等关键酶基因呈差异表达.(3)转录因子分析发现差异表达基因分布于31个转录因子家族,其中MYB家族序列数量最多.该文利用转录组测序技术分析八角优良无性系与普通品种叶片的差异基因及其相关功能和代谢通路,获得的候选基因为深入探究挥发油特征组分的合成机制以及八角的分子育种提供了参考.