汉麻聚酮合酶基因家族成员鉴定与表达分析

作     者：朱雪雯 米要磊 孟祥霄 陈伟强 王思凡 曹雪 陈士林 徐志超 苏畅 孙伟 万会花 ZHU Xue-wen;MI Yao-lei;MENG Xiang-xiao;CHEN Wei-qiang;WANG Si-fan;CAO Xue;CHEN Shi-lin;XU Zhi-chao;SU Chang;SUN Wei;WAN Hui-hua

作者机构：中国中医科学院中药研究所中药鉴定与安全性评估重点实验室北京100700 东北林业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150040 深圳市药品检验研究院广东深圳518057 

出 版 物：《中草药》 (Chinese Traditional and Herbal Drugs)

年 卷 期：2023年第54卷第3期

页      面：886-897页

核心收录：

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 100602[医学-中西医结合临床] 10[医学] 

基　　金：中国中医科学院科技创新工程(C12021A03710) 

主　　题：汉麻 基因家族 聚酮合酶 生信分析 基因表达 次生代谢产物 

摘      要：目的在从全基因组层面对汉麻Cannabis sativa聚酮合酶(polyketide synthases,PKSs)基因家族进行鉴定和功能分析,为解析汉麻次生代谢产物的合成与积累奠定理论基础。方法基于已发布的高质量汉麻基因组,利用生物信息学工具对汉麻PKS基因家族进行鉴定并对其物化性质、基因结构、蛋白构象以及表达模式进行分析,利用Alphafold算法对关键PKS蛋白结构进行预测。结果共鉴定出9个汉麻PKSs(CsPKS1~CsPKS9),分布在5条染色体上。通过对汉麻和其他物种PKS的系统发育分析,CsPKSs主要被分为3组:group1包括Cs PKS2~CsPKS4与花药特异性CHS样酶(anther specific chalcone synthase-like,ASCL)同源;group2含有CsPKS1和CsPKS5~CsPKS8为类CHS超家族(chalcone synthase like,CHSL)与苯戊酮合酶(valerophenone synthase,VPS)和茋类合酶(stilbene synthase,STS)等关系较密切;group 3仅含有CsPKS9,为查耳酮合成酶(chalcone synthase,CHS)参与类黄酮的合成。其中,CsPKS1和CsPKS7串联重复,是汉麻中酚萜类化合物合成通路中的橄榄醇合成酶(olivetolsynthases,OLS)。此外,CsPKS5和CsPKS8可能参与汉麻茋类化合物的生物合成。CsCHS的功能在进化中相对保守,而CHS-like的CsPKS的功能出现了分化。通过对汉麻不同组织部位和不同品种腺毛的RNA-seq数据分析,汉麻PKSs基因的表达存在组织特异性,尤其与酚萜类、类黄酮、茋类次生代谢产物密切相关的基因在雌花和苞片中特异性表达。结论为深入研究汉麻PKS基因家族的功能提供了方向,为进一步阐明汉麻中萜酚类化合物的生物合成机制和CsPKSs在汉麻中的生理功能奠定基础,并对开发新聚酮化合物药用资源提供理论基础。