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红花草莓‘莓红’花瓣花色苷积累及其MYB基因的表达分析

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园艺学报 2021年第8期48卷 1470-1484页

作者：洪燕红叶清华李泽坤王威谢倩陈清西陈建清福建农林大学园艺学院福州350002

以红花草莓品种‘莓红’为研究材料,观察花瓣发育过程中色泽及花色苷变化规律,同时对4个发育时期花瓣进行转录组测序,基于相关性筛选花色苷合成途径的关键功能基因及转录调控因子,结果表明:(1)花瓣发育过程中,花色苷总含量呈先升后降趋... 详细信息

以红花草莓品种‘莓红’为研究材料,观察花瓣发育过程中色泽及花色苷变化规律,同时对4个发育时期花瓣进行转录组测序,基于相关性筛选花色苷合成途径的关键功能基因及转录调控因子,结果表明:(1)花瓣发育过程中,花色苷总含量呈先升后降趋势,且在半开期达到最高;(2)花色苷合成途径关键功能基因FaPAL、Fa4CL-1、Fa4CL-2、FaDFR、Fa3GT表达水平与花色苷含量正相关;(3)R2R3-MYB基因FaMYB6和FaMYB90与花色苷含量呈正相关;(4)Pearson相关性分析表明FaMYB6与FaPAL、FaDFR显著正相关,FaMYB90与FaPAL、Fa4CL-1、Fa4CL-2、FaDFR、Fa3GT极显著正相关,Fa MYB82则与上述5个结构基因之间均极显著负相关。综上,‘莓红’草莓花瓣发育过程中,花色苷积累引起花瓣颜色变红,FaMYB82、FaMYB6、FaMYB90可能通过调节FaPAL、Fa4CL、FaDFR和Fa3GT的表达来调控花瓣色泽形成。

关键词：草莓红花花瓣花色苷生物合成 R2R3-MYB转录因子

红花AP2/ERF基因家族鉴定及CtDREB52的功能研究

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红花AP2/ERF基因家族鉴定及CtDREB52的功能研究

作者：王宇菲吉林农业大学

学位级别：硕士

AP2/ERF基因家族在植物生长发育、生物合成、激素响应过程中起着关键作用。本研究对红花CtAP2/ERF家族基因进行生物信息学分析,结合转录组数据筛选出一条在不同花期表达水平与类黄酮积累代谢趋势相似的CtDREB52基因。通过亚细胞定位技... 详细信息

AP2/ERF基因家族在植物生长发育、生物合成、激素响应过程中起着关键作用。本研究对红花CtAP2/ERF家族基因进行生物信息学分析,结合转录组数据筛选出一条在不同花期表达水平与类黄酮积累代谢趋势相似的CtDREB52基因。通过亚细胞定位技术分析CtDREB52在细胞中的定位位置,利用瞬时转化技术及HPLC技术探究转基因株系中该基因的转录水平与黄酮积累的相关性,利用酵母双杂技术明确CtDREB52与类黄酮生物合成关键酶的蛋白互作关系,从而明确CtDREB52基因在红花类黄酮生物合成中的调控作用。分析CtDREB52在非生物胁迫下的表达水平,探究CtDREB52对类黄酮生物合成的影响及非生物胁迫的响应。该课题为进一步研究红花类黄酮的生物合成机制奠定基础。具体研究结果如下:(1)在红花基因组数据库中共鉴定了187个完整的AP2/ERF基因,对红花CtAP2/ERF家族基因进行生物信息学分析,基于序列相似性和保守AP2结构域的数量,将红花AP2/ERF家族分为四个亚家族:AP2、ERF、DREB和RAV。系统发育树分析表明,拟南芥和红花的AP2/ERF家族在进化水平上有一定的相似性。亚家族成员中大多数具有相似的基序组成,表明同一亚家族中的AP2/ERF蛋白在功能上是相似的。(2)结合红花转录组数据选择了9个在不同花期表达与类黄酮积累代谢趋势相似的CtAP2/ERFs基因,利用q RT-PCR技术对CtAP2/ERF基因在四个花期进行定量分析,q RT-PCR结果表明,CtDREB52基因的表达水平与红花中黄酮类化合物的趋势一致,并在盛花期高表达。成功克隆一条编码区为894bp的CtDREB52基因,亚细胞定位结果显示CtDREB52蛋白定位在细胞核。(3)红花瞬时转化结果表明,瞬时过表达CtDREB52植株表现出比对照组提早开花表型,且瞬时过表达CtDREB52上调了类黄酮代谢通路关键酶(CtCHI、CtFLS、CtMYB、CtF3’H)基因的表达,并促进了类黄酮的积累,瞬时沉默CtDREB52结果与之相反。(4)酵母双杂交验证结果表明,CtDREB52蛋白与黄酮合成关键基因CtFLS、CtF3’H和CtDFR存在蛋白互作关系。Bi FC实验表明CtDREB52蛋白和CtMYB蛋白作用在细胞核,CtDREB52蛋白和CtFLS蛋白、CtF3’H蛋白、CtDFR蛋白作用在细胞核和细胞膜。(5)通过q RT-PCR技术验证了CtDREB52基因在不同激素和非生物胁迫条件下的表达水平。结果显示,CtDREB52的转录水平对生物和非生物胁迫做出周期适应性的应答。对瞬时过表达CtDREB52植株进行UV-B处理,结果表明,与对照组相比,处理后显著诱导了CtDREB52的表达,并上调UV-B诱导的CtDFR、CtFLS、CtF3’H和CtMYB的表达,且积累更多的类黄酮含量和CAT含量,更少的HO含量。UV-B处理瞬时沉默CtDREB52植株结果与之相反。说明CtDREB52可以通过调节类黄酮和过氧化氢的含量来提高红花抗紫外线损伤能力。

关键词：红花 AP2/ERF家族 CtDREB52 类黄酮生物合成 UV-B胁迫

逆境胁迫下红花CYP450s基因的表达与幼叶总黄酮含量的相关性分析

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中草药 2022年第1期53卷 222-230页

作者：孙国庆刘建雨吴发明张庆宇马鑫彤张馨月洪瑛琪姚娜杨建文刘秀明遵义医科大学贵州遵义563000 吉林农业大学生命科学学院生物反应器与药物开发教育部工程研究中心吉林长春130118

目的克隆细胞色素P450s(CYP450s)家族成员的2个基因,探究红花Carthamustinctorius幼叶在逆境胁迫下CYP450s基因的表达与红花总黄酮含量变化关系。方法以吉红1号为材料,对CYP450s家族的2个基因CYP81E8、CYP71A1进行基因克隆表达及分析。... 详细信息

目的克隆细胞色素P450s(CYP450s)家族成员的2个基因,探究红花Carthamustinctorius幼叶在逆境胁迫下CYP450s基因的表达与红花总黄酮含量变化关系。方法以吉红1号为材料,对CYP450s家族的2个基因CYP81E8、CYP71A1进行基因克隆表达及分析。研究了茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)、干旱(PEG-6000)、光及暗处理4种逆境胁迫对红花总黄酮含量的影响,分析了CtCYP81E8和CtCYP71A1基因的表达与叶片总黄酮含量之间的相关性。结果 CtCYP81E8编码区序列为1014 bp,编码337个氨基酸;CtCYP71A1编码区序列为1287 bp,编码428个氨基酸。2个基因在不同胁迫条件下的表达量及总黄酮含量的变化表明:MeJA处理后,与野生型相比,叶片中的总黄酮含量均有不同程度的增加。CtCYP81E8、CtCYP71A1的表达量与总黄酮的积累量呈正相关;当采用PEG-6000处理后,CtCYP81E8处于正调控,而CtCYP71A1处于负调控状态,红花的叶片中总黄酮含量均显著增加;光胁迫下,在一定时间内总黄酮含量与CtCYP71A1基因表达量呈正相关,与CtCYP81E8基因表达量呈负相关,暗胁迫下,总黄酮含量与CtCYP81E8及CtCYP71A1基因表达趋势一致,都在一定时间内呈正相关。结论成功克隆了红花CtCYP81E8及CtCYP71A1基因。qRT-PCR分析表明,CtCYP81E8、CtCYP71A1基因可能在红花幼叶期对逆境胁迫的适应中发挥重要作用,为红花CYP450s家族基因在红花黄酮代谢合成的功能研究提供理论依据。

关键词：红花 CYP450s基因黄酮逆境胁迫基因表达茉莉酸甲酯

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导轨拉拔式红花采收装置设计与试验

中国农机化学报 2024年第1期45卷 42-48页

作者：何欢欢杨双平封伟新疆应用职业技术学院机电工程学院新疆奎屯833200 新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐市830000 河北省农业机械鉴定总站石家庄市050031

针对目前红花丝人工采收强度大、效率低及机械化采收程度低等问题,设计一种导轨拉拔式红花采收装置。以新疆裕民无刺红花为研究对象,模拟人手抓取拉拔动作,通过夹取导轨与拉拔导轨相配合,正向行程内夹花板在导轨内先收紧后上升,实现对... 详细信息

针对目前红花丝人工采收强度大、效率低及机械化采收程度低等问题,设计一种导轨拉拔式红花采收装置。以新疆裕民无刺红花为研究对象,模拟人手抓取拉拔动作,通过夹取导轨与拉拔导轨相配合,正向行程内夹花板在导轨内先收紧后上升,实现对花丝的夹取和拉拔动作,通过负压收集拉拔下来的花丝,完成采收。对夹紧导轨、拉拔导轨、辅助导轨和挡花口等关键部件进行设计,计算并分析各导轨从动件的运动位移、运动速度和加速度。并在SolidWorks软件中对模型进行运动仿真分析,验证爬升架和夹花板的运动轨迹和运动规律。以装置采净率和花丝破损率为试验指标,以开花后1~5天的新疆裕民无刺红花(含水率≤44.5%)为试验对象,以采收频率为试验因素,进行单因素5水平试验,验证装置可行性并寻求最优采收频率。结果表明:当采收频率为20次/min时,导轨拉拔式红花采收装置采净率为97.64%,破损率为3.32%。研究结果可为红花机械化采收机具的研究提供参考依据。

关键词：红花采收装置夹取机构运动仿真

红花HD-Zip基因家族的全基因组鉴定、生物信息学及表达分析

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分子植物育种 2022年

作者：彭淑萍赵乐汪涛董诚明朱畇昊河南中医药大学药学院呼吸疾病诊疗与新药研发河南省协同创新中心南京农业大学园艺学院中药材研究所

为了探究红花HD-Zip基因家族的特征，本研究基于红花‘安徽1号’基因组鉴定了HD-Zip基因家族。利用生物信息学分析，结果共鉴定出红花HD-Zip基因成员48个(Cthdz1-48)，不均匀分布在12条染色体上，大片段复制可能导致了Cthdz基因在红花... 详细信息

为了探究红花HD-Zip基因家族的特征，本研究基于红花‘安徽1号’基因组鉴定了HD-Zip基因家族。利用生物信息学分析，结果共鉴定出红花HD-Zip基因成员48个(Cthdz1-48)，不均匀分布在12条染色体上，大片段复制可能导致了Cthdz基因在红花中的扩增；Cthdz基因编码氨基酸数目为180～848，相对分子质量为21.28～93.29 kD；亚细胞定位分析显示Cthdz蛋白主要定位在细胞核中；系统发育分析将Cthdz分为4个亚家族；Cthdz基因顺势作用元件主要有光响应元件、脱落酸响应元件、厌氧诱导元件和茉莉酸甲酯响应元件等；预测到22个Cthdz基因受miRNA的调控。表达分析发现Cthdz基因在不同组织中表达模式不同，茉莉酸甲酯和油菜素内酯可以诱导Cthdz基因的表达。经过以上分析我们可以发现红花Cthdz基因在其生长发育和应对逆境胁迫过程中有重要作用。本研究分析了红花基因组中的HD-Zip家族，有助于更好地挖掘HD-Zip家族基因在红花的生物合成调控和响应逆境胁迫中的作用。

关键词：红花 HD-Zip基因家族生物信息学分析

不同品种红花HPLC指纹图谱及其化学成分差异性研究

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中成药 2023年第1期45卷 155-160页

作者：黄亚威周慧娟刘旭云王沛琦胡尊红杨谨胡学礼南京中医药大学附属医院江苏南京210029 云南省农业科学院经济作物研究所云南昆明650205

目的采用HPLC指纹图谱结合化学模式识别评价不同品种红花Carthamus tinctorius L.质量。方法建立HPLC指纹图谱,采用HPLC-Q-TOF-MS法对共有峰进行鉴定,结合聚类分析、偏最小二乘判别分析进行质量评价,筛选差异成分。结果43批样品指纹图... 详细信息

目的采用HPLC指纹图谱结合化学模式识别评价不同品种红花Carthamus tinctorius L.质量。方法建立HPLC指纹图谱,采用HPLC-Q-TOF-MS法对共有峰进行鉴定,结合聚类分析、偏最小二乘判别分析进行质量评价,筛选差异成分。结果43批样品指纹图谱中有12个共有峰,鉴定出6-羟基山柰酚-3,6,7-三-O-β-D-葡萄糖苷、烟花苷等11种成分,相似度为0.919~0.998。不同品种样品聚为3类,9,12,13-三羟基-10-十八碳烯酸等6种成分为质量差异标志物。结论该方法可有效识别不同品种红花成分差异,为该药材选育及质量控制提供依据。

关键词：红花 HPLC指纹图谱品种化学成分 HPLC-Q-TOF-MS 聚类分析偏最小二乘判别分析

红花类黄酮生物合成通路2-ODD基因家族鉴定与表达分析

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药学学报 2021年第10期56卷 2858-2866页

作者：马鑫彤朱枚桦王南张馨月张庆宇王宇菲侯钰莹李志凌姚娜刘秀明吉林农业大学生命科学学院生物反应器与药物开发教育部工程研究中心吉林长春130118

黄烷酮3-羟化酶(F3H)、黄酮醇合成酶(FLS)和花青素合成酶(ANS)是植物2-酮戊二酸依赖性双加氧酶(2-ODD)超级家族中的成员,在植物类黄酮生物合成途径中起着重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,从红花基因组数据库中共筛选鉴定16个类... 详细信息

黄烷酮3-羟化酶(F3H)、黄酮醇合成酶(FLS)和花青素合成酶(ANS)是植物2-酮戊二酸依赖性双加氧酶(2-ODD)超级家族中的成员,在植物类黄酮生物合成途径中起着重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,从红花基因组数据库中共筛选鉴定16个类黄酮生物合成通路上的2-ODD基因,这些基因编码蛋白的长度为283(CtFLS2)~442 aa(CtANS6),分子质量为32062.05(CtFLS2)~48245.49 Da(CtANS6),其编码蛋白均为亲水性蛋白。系统进化将其分为3个亚家族,保守基序分析发现该家族成员均含有H-x-D-xn-H和R-x-S两个保守残基,对上游2000 bp区域顺式作用元件分析显示该家族基因受到光、温度等环境因素及水杨酸、茉莉酸甲酯等植物激素的调控,利用qRT-PCR技术揭示了红花类黄酮生物合成通路上的2-ODD家族基因成员在红花不同花期及叶片中的差异表达。本研究可为深入挖掘红花类黄酮生物合成途径上的2-ODD基因的功能奠定基础。

关键词：红花类黄酮 2-酮戊二酸依赖性双加氧酶生物信息学表达分析

红花CtCYP71A1基因的克隆及调控木质素生物合成的研究

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红花CtCYP71A1基因的克隆及调控木质素生物合成的研究

作者：张庆宇吉林农业大学

学位级别：硕士

红花是我国传统的中草药,有一定的药用价值和经济价值,广泛种植于新疆、四川等地,具有一定的耐旱性,目前,对其耐旱机制的研究还较少。细胞色素P450(Cytochrome P450,CYP450s)是高等植物中最大的酶蛋白家族,在植物的基础代谢和次生代谢... 详细信息

红花是我国传统的中草药,有一定的药用价值和经济价值,广泛种植于新疆、四川等地,具有一定的耐旱性,目前,对其耐旱机制的研究还较少。细胞色素P450(Cytochrome P450,CYP450s)是高等植物中最大的酶蛋白家族,在植物的基础代谢和次生代谢过程中均扮演着非常重要的角色,其催化的反应类型广泛且复杂,而红花中的CtCYP71A家族基因功能尚未被解析。本研究根据红花基因组测序数据对CtCYP71A亚家族基因进行生物信息学分析,对筛选到的16条CtCYP71A亚家族基因进行系统发育分析,并对该亚家族基因的保守基序、基因结构及顺式作用元件进行预测,利用RNA测序(RNA-seq)及荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对红花不同组织的表达模式进行分析,克隆红花CtCYP71A亚家族成员CtCYP71A1,并对其进行生物信息学分析及亚细胞定位分析,分析不同处理下CYP71A1基因的表达模式变化,利用转基因拟南芥和瞬时转化的红花进行功能鉴定,初步探究CtCYP71A1在木质素合成及干旱胁迫中的功能。主要取得以下研究成果:1.基于红花基因组数据库筛选得到16个红花CtCYP71A基因,系统进化分析表明CtCYP71A家族基因与拟南芥的A型CYP71家族聚在同一个分支上,氨基酸结构及基因结构分析表明亚家族成员间具有较高的结构保守性,启动子分析显示该家族基因具有干旱、茉莉酸甲酯(MEJA)、水杨酸(SA)和赤霉素(GA3)等响应元件,RNA-seq数据及qRT-PCR结果表明CtCYP71A亚家族基因具有组织表达特异性。结合生物信息学及不同组织表达分析结果,挖掘到红花CtCYP71A亚家族在根组织中存在特异性表达的基因CtCYP71A1。2.从红花根中克隆CtCYP71A1基因,编码区序列为1287 bp。对CtCYP71A1蛋白进行二级结构、三级结构预测,发现α-螺旋、β-转角、无规则卷曲、延伸链所占比例分别为46.96%、6.54%、31.78%和14.72%,三级结构的GMQE值为0.67,表明其蛋白结构较为稳定。不同物种CYP71A1氨基酸序列比对表明,CtCYP71A1蛋白序列也包含典型的P450蛋白保守结构域且与其他物种具有较高同源性。3.构建了CtCYP71A1::GFP融合蛋白植物表达载体p CAMBIA1300-CtCYP71A1,在本氏烟草叶片中进行瞬时表达,通过激光共聚焦显微镜检测荧光信号,结果表明CtCYP71A1蛋白定位于细胞膜和细胞核上。对野生型红花进行四种非生物胁迫处理,结果发现CtCYP71A1基因在聚乙二醇(PEG6000)胁迫诱导48 h时表达量最高,脱落酸(ABA)胁迫诱导12 h时表达量达到最高,随后开始降低,GA3胁迫诱导24 h时、SA胁迫诱导3 h时表达量达到最大值,随即降低,表明CtCYP71A1对红花干旱胁迫响应最明显。4.通过花序侵染法获得高表达拟南芥株系OE-3和OE-6,与野生型(WT)及突变体(Mut)相比,转CtCYP71A1基因拟南芥中的木质素含量显著提高2倍,其合成途径中关键酶基因(PAL、4CL、HCT、CCR、CAD)被显著上调,突变体则与之相反。培养基中进行PEG模拟干旱的结果表明,10%PEG处理时表型最明显,转基因株系的根长明显比野生型长,突变体则与之相反,对其根系进行二氨基联苯胺(DAB)和氯化硝基四氮唑蓝(NBT)化学组织染色,发现突变体株系的过氧化氢(HO)和超氧阴离子(O)积累较多,转基因株系中HO和O的含量较少。土壤干旱胁迫的结果表明,处理15天后转基因株系生长状态和鲜重同样也明显优于其突变体和野生型材料,且植物根系中的木质素含量较对照组提高了0.5倍,丙二醛(MDA)、O和HO含量显著较突变体和野生型显著降低,脯氨酸(Pro)含量显著增加。5.利用基因沉默(VIGS)技术对红花发芽期植株进行了真空泵侵染,将CtCYP71A1基因连接到烟草脆裂病毒(Tobaccorattle virus,TRV)载体中,通过qRT-PCR分析红花CtCYP71A1基因的表达情况,成功获得3株沉默CtCYP71A1基因的红花植株。对其进行土壤干旱20 d后,进行表型及生理指标检测,与注射空载植株相比,pTRV2-CtCYP71A1株系的长势较弱,且鲜重和木质素含量较低,MDA、O和HO含量显著提高,脯氨酸含量显著降低,初步说明CtCYP71A1基因促进红花根部木质素积累。

关键词：红花木质素 CtCYP71A1基因干旱胁迫

红花PAL家族全基因组分析及其在悬浮细胞中的表达

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中草药 2021年第11期52卷 3362-3372页

作者：郭英男刘月扬马静雨张敬马鑫彤张馨月刘建雨姚娜刘秀明李海燕吉林农业大学生命科学学院生物反应器与药物开发教育部工程研究中心吉林长春130118

目的完成红花Carthamus tinctorius PAL基因家族的生物信息学分析,克隆1条红花PAL4基因编码区序列,通过农杆菌介导的方法,实现Ct PAL4在红花悬浮细胞中的过表达。方法在红花基因组测序基础上,对红花PAL家族进行全基因组分析,利用荧光定... 详细信息

目的完成红花Carthamus tinctorius PAL基因家族的生物信息学分析,克隆1条红花PAL4基因编码区序列,通过农杆菌介导的方法,实现Ct PAL4在红花悬浮细胞中的过表达。方法在红花基因组测序基础上,对红花PAL家族进行全基因组分析,利用荧光定量PCR(RT-PCR)方法克隆1条红花PAL4编码区序列,并进行生物信息学分析,利用clustalW1.83软件构建系统进化树,在Ct PAL4基因序列2端引入酶切位点BglII和Bst EII,构建含有35S启动子的植物超表达载体p CAMBIA3301-Ct PAL4,并在红花悬浮细胞中进行超表达。结果红花基因组中注释到6个PAL基因,分析显示5个基因具有典型的苯丙氨酸解氨酶的功能结构域及活性位点,并进行启动子和进化分析。Ct PAL4基因编码707个氨基酸,相对分子质量为76820,具有典型的苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因的功能结构域及活性位点,编码蛋白的三维结构与PAL的X射线蛋白质晶体结构类似。系统进化分析表明,Ct PAL4基因编码的蛋白与拟南芥的亲缘关系最近。GUS染色结果证实,成功建立红花悬浮细胞遗传转化体系,并初步实现了Ct PAL4基因在红花悬浮细胞中的过表达。结论成功克隆1条红花PAL4编码区基因Ct PAL4,并构建了植物表达载体p CAMBIA3301-Ct PAL4,初步在红花悬浮细胞中实现了超表达,为研究CtPAL4基因在红花黄酮代谢途径的功能奠定基础。

关键词：红花 PAL基因黄酮合成全基因组悬浮细胞