三七素(dencichine)是药用植物三七(Panax notoginseng (Burkill) F. H. Chen)重要止血活性成分,其生物合成的直接前体是L-2,3-二氨基丙酸(L-DAP)。课题组提出了一个可能的三七中三七素生物合成途径,其中包括了磷酸吡哆醛依赖性酶(PA...
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三七素(dencichine)是药用植物三七(Panax notoginseng (Burkill) F. H. Chen)重要止血活性成分,其生物合成的直接前体是L-2,3-二氨基丙酸(L-DAP)。课题组提出了一个可能的三七中三七素生物合成途径,其中包括了磷酸吡哆醛依赖性酶(PALP)和鸟氨酸环脱氨酶(OCD)等关键酶,为了验证这两类基因的功能,解析三七中L-DAP的生物合成途径。本研究从三七中克隆了4条PALP基因和1条OCD基因,PnPALP基因全长915~1 428 bp,编码305~476个氨基酸,PnOCD全长1 023 bp,编码341个氨基酸。生物信息学分析发现,除了PnPALP3,其余理论等电点均低于7;除了PnPALP8,其余均为稳定性蛋白;所有蛋白均不存在跨膜结构域,二级结构主要是α-螺旋和无规则卷曲。蛋白三级结构预测显示,PnPALP1的蛋白结构与嗜热细菌HB8的色氨酸合酶的同源性为48%;PnPALP3、PnPALP5、PnPALP8的蛋白结构与拟南芥的半胱氨酸合酶的同源性分别为49%、55%、52%;PnOCD的蛋白结构与恶臭假单胞菌的鸟氨酸环脱氨酶的同源性为31%。原核表达显示,4个PnPALP蛋白均能在大肠杆菌BL21中表达得到可溶性蛋白,而PnOCD为包涵体蛋白,融合MBP标签后,增加了该蛋白的溶解性。本研究可为PnPALP和PnOCD基因的功能验证提供条件,为解析三七素前体L-DAP的合成途径提供参考。
目的研究三七Panax notoginseng DOG(PnDOG)基因家族结构特征和表达模式及其在三七种子后熟休眠和萌发的作用机制。方法基于三七的全基因组和转录组数据,利用生物信息手段分析PnDOG家族的理化性质、基因结构、系统发育关系、保守结构域、顺式作用元件和表达模式;探讨了外施赤霉素(gibberellins,GA)和脱落酸(abscisic acid,ABA)激素对三七种子的影响,以及PnDOG基因家族对这些外源激素的响应机制。结果PnDOG基因家族包含16个成员,不均匀地分布在8条染色体上。PnDOG基因都含有外显子,编码216~514个氨基酸,均为亲水性蛋白,亚细胞定位预测显示均位于细胞核中。系统进化将PnDOG基因分为3个亚组,不同亚组成员的基因结构存在差异。共线性分析显示,串联重复是PnDOG基因扩增的主要驱动因素。启动子顺式作用元件分析显示,PnDOG基因的启动子区含有大量激素响应、胁迫响应以及少量胚发育响应等元件。基因本体(geneontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)分析显示,PnDOG基因可能在非生物应激和激素诱导中起作用。基因表达分析和qRT-PCR分析显示,PnDOG基因在三七不同组织中均有表达,并具有明显的组织特异性。部分PnDOG基因在三七种子不同后熟阶段和激素处理下的表达量均存在显著差异。发现PnDOG1和PnDOG14在种子中高表达且受激素强烈诱导,其表达量随后熟时间的增加逐渐下降,推测PnDOG1和PnDOG14是调控三七种子后熟休眠的关键基因。结论大多数PnDOG基因的高表达可能与三七种子的后熟休眠形成有关,在后熟过程中通过响应激素信号调控种子休眠解除。
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