二氢黄酮醇4-还原酶基因概述

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紫花苜蓿二氢黄酮醇还原酶基因(MsDFR)的克隆与分析

紫花苜蓿二氢黄酮醇还原酶基因(MsDFR)的克隆与分析

紫花 苜蓿 ( d cg t a 是 世界 上广 泛栽 培 的 一种 多 年 生 豆科 牧草 , Me ia os i ) av 它不 仅 产 量 高而 且 营养 丰富 , 誉 被
为“ 牧草之 王”I] _ 。然 而反刍 动物 大量采 食 后 易发 生 臌 胀病 , 重 限制 了这 种 优 良牧草 在 畜 牧业 中 的应 用 。浓 严
成 。二氢 黄酮 醇还原 酶是类 黄酮 途径 中合 成花青 素 和原 花青 素 的关 键酶 , 酶 可将 二氢 黄 酮醇 还原 为相 应 的黄 该 烷 3 4二元 醇_ 。 目前 已从多 种植 物 中分离 克隆 出 DF ,一 6 ] R基 因 , 现 D R酶 为单 基 因或多 基 因编 码 。DF 发 F R蛋 白 可 以与带有 不 同羟基 形式 的二 氢 黄 酮 醇 结 合 , 比如 二 氢 三 羟 黄 酮 醇 ( HK) 二 氢 榭 皮 素 ( D 、 DHQ) 二 氢 杨 梅 素 、
( 国农 业 科 学 院 北京 畜 牧兽 医研 究 所 , 京 10 9 ) 中 北 0 1 3
摘 要 : 氢 黄 酮 醇 还 原 酶 (iy rf v n l eu ts , F 是 缩 合 单 宁 生 物 合 成 途 径 中 的 关 键 酶 , 单 宁 的 合 成 中 二 d dol o o rd caeD R) h a 在 起 着 重 要 的 作 用 。 根 据 同 源 克 隆 的 原理 , 用 R E技 术 , “ 苜~ 号” 蓿 中 克 隆 得 到 D R基 因 ( DF , 利 AC 从 中 苜 F Ms R) 并 对 其 进 行 了 序 列 分 析 及 不 同 胁 迫 条 件下 的 表 达模 式分 析 。结 果 表 明 , s R 基 因 c NA 全 长 14 2b , 括 开 放 M DF D 0 p 包 阅 读 框 103b , 2 p 编码 3 0 氨 基 酸 , N 端 存 在 1 N P结 合 位 点 “ TG G I wL MRL E GY” 中 部 4个 在 个 AD V As FGs V M R , 存 在 1 底 物 特 异 性 结 合 的 氨 基 酸 基 序 “ NV DQK L D s w s E c RV” 个 TL TE P w E c DV F R 。实 时荧 光 定 量 P R 结 果 表 C 明 , 基 因在 荚 果 中表 达 量 较 高 , 中 较 弱 ; Na 1 G 诱 导 下 , DF 该 根 在 C 和 A。 Ms R基 因表 达 受 到 抑 制 ; 黑 暗 条 件 下 , 在 该 基 因 被 诱 导 表 达 。由 此 推 测 “ 中苜 一 号 ” 苜蓿 中可 能存 在 不 依 赖 于 GA。 号 的单 宁合 成途 径 。 信

植物花青素生物合成途径相关基因研究进展及其基因工程修饰

植物花青素生物合成途径相关基因研究进展及其基因工程修饰

植物花青素生物合成途径相关基因研究进展及其基因工程修饰赵德勇【摘要】This paper reviews the advances in research of synthetic genes and regulator genes involved in the anthocyanin biological synthesis process as well as in genetic engineering in regulating the anthocyanin biological synthesis. Anthocyanin biological synthesis process of plants belongs to the secondary metabolic pathway, regulates the expression of key enzymes involved in the pathway, and could hence lead to a reducedor increased yield of target compound. Genetic improvement of plants may be realized through modifying the secondary metabolic process. Anthocyanin accumulation helps the plants to act against the UV Further study on the defense molecular mechanism of the anthocyanin facilitates b with resistance to diseases and adversities. radiation, insects and fungi. reeding of new plant cultivars%对植物花青素生物合成及调控基因的研究进展、基因工程在调控花青素合成途径中的应用进行了综述。

二氢黄酮醇4-还原酶基因

二氢黄酮醇4-还原酶基因
二氢黄酮醇4-还原酶基因
学生:焦淑珍 导师:刘雅莉 2012--12--29
1 二氢黄酮醇4-还原酶基因的结构和作用机制
二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)属 于NADPH 依赖性短链还原酶家族,为单基因编码。最近鉴定了葡萄 (Vitis vinifera)DFR 的晶体结构,发现其是由3 个亚基组成的复合物, 具有专门的NADPH 结合域。DFR 是花青素生物合成途径的关键酶, 分别 催化二氢堪非醇(dihydrokaempferol,DHK)、二氢栎皮黄酮 (dihydroquercetin,DHQ) 和二氢杨梅黄酮(dihydromyricetin,DHM) 生成无色花葵素(leucopelargonidin)、无色花青素(leucocyanidin) 和无色翠雀素(leucodelphinidin),然后这些无色花青素在花色素苷合 成酶(anthocyanin synthase,ANS)和类黄酮3-O-糖基转移酶 (flavonoid 3-Oglucosyltransferase,3GT)的作用下合成各种花青素。 由于DFR 对底物的特异性和表达水平的不同,使植物呈现出各异的花色和 果色
葡萄 DFR 基因的启动子含有 G-box 类元件 bZIP 和 Myb 类转录 因子的结合位点,同时葡萄的启动子和 uidA -葡糖苷酶融合构成融合 体,共同调节 DFR 基因的表达 3 种调控因子共同作用使葡萄 DFR 基 因在根,茎和叶等几乎所用组织中都有表达。
将葡萄 DFR 基因的启动子与 GUS 基因融合后转化红色苹果细 胞悬浮体系,能够检测到 GUS 和 uidA 基因的表达,同时 DFR 基 因的表达量增加。
2 DFR基因的分离
DFR属于NADPH依赖性的短链DFR还原酶超家族 ,最早于1985年由O Reilly等从玉米(Zeamays)和金鱼草(Antirrhinum m “s)中分离出 来 。随后,Beld等 在1989年又以部分金鱼草DFR表型突变基因为探 针分离了矮牵牛(Petunia hybrida)DFR基因。至今,通过同源克隆等 方法,已经在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、兰花(Bromheadia finlay—soniana)、山茶(Camellia sinensis)、番茄 (Lycopersiconesculentum)和水稻(Oryza sativa)等植物中分离了 DFR基因。2003年Nakatsuka等分析了亚洲百合品种DFR基因的时空表 达模式,表明DFR基因仅在花色素苷着色器官中表达,并且控制花器 官的显色模式。

植物花青素生物合成相关基因研究进展_周惠

植物花青素生物合成相关基因研究进展_周惠

◆◆2011年第4期辣椒杂志(季刊)引言花青素(Anthocyanidin),又称为花色素,是一类广泛存在于多种植物中的水溶性天然色素,自然状态下,植物体内的花青素常与各种单糖结合而形成糖苷,称为花色苷(Anthocyanin)。

自然界广泛存在的花色素以紫红色的矢车菊色素(Cyanidin)、砖红色的天竺葵色素(Pelargonidin)及蓝紫色的翠雀素(Delphinidin)为主,并由此再衍生出其他3种花色素,如矮牵牛花色素(Petunidin)及锦葵色素由翠雀素经不同程度的甲基化而来,芍药花色素(Peonidin)则是由矢车菊素经甲基化形成的。

pH 值影响花青素类物质的颜色,pH<7时呈红色,pH 在7~8时呈紫色,pH>11呈蓝色。

花色素为植物体内类黄酮生化合成的产物,而类黄酮化合物对植物体本身具有多种生物学功能,如在植物花色形成、吸引授粉虫媒和种子传播、花粉萌发、防止病原微生物侵染、抵抗紫外线辐射以及植物和微生物互相识别等过程中都发挥着十分重要作用[1-2]。

植物花青素生物合成相关基因研究进展周惠1文锦芬2邓明华1朱海山1*(1云南农业大学园林园艺学院云南昆明650201)(2昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500)摘要花青素是一种水溶性色素,是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。

它是植物二级代谢产物,具有重要的营养和药用作用。

综述了植物花青素生物合成途径及生物合成途径中关键酶的研究现状和发展趋势,为今后进一步研究花青素提供参考借鉴。

关键词植物;花青素;酶;基因Research Progress in Plant Anthocyanidin Biosynthesis GenesZhou Hui 1Wen Jinfen 2Deng Minghua 1Zhu Haishan 1*(1College of Horticulture and Landscape,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201;2Faculty of Modern Agricultural Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500)Abstract Anthocyanidin is a natural plant pigment,one of the important pigments in the petal and fruit color,and a plant secondary metabolism product with important nutritional and medical functions.This paper discusses the biosynthesis pathway of anthocyanidin,some related anthocyanidin synthases and the biochemical functions of anthocyanidin in plants,and reviews the current situation and the future trend of related anthocyanidin researches.Key w ords plant;anthocyanidin;enzyme;gene收稿日期:2011-09-28作者简介:周惠(1988-),女,硕士研究生,E-mail:chuangwaiyumeng@ 通讯作者:朱海山,男,博士,教授,主要从事茄科蔬菜遗传育种研究专题综述◆◆2011年第4期辣椒杂志(季刊)1花青素的生物合成途径植物花青素和类黄酮物质生物合成和降解代谢途径的研究在20世纪80年代至90年代初就较为成熟。

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)基因在烟草中的过量表达

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)基因在烟草中的过量表达

课 题 投入 了极 大 的关注 。 花 色素 主要 由 3 不 而 种
烟草 ( i tn bcm) 科 (oaaee Nc i at au 为茄 oa a Sl ca) n 烟 草属 ( ioaac ) 草本 植 物 , 我 国南 Nct nco 1 i a生 在 北 均 有 种植 , 我 国一 种 重要 的经 济 作 物 , 是 也 是 我 国 国民经济 收入 的一个 重要 支撑 。 研究 采 本 用 植 物转基 因技 术 , 将从 野生 型 烟草 中分 离和 克 隆得到 的  ̄Or, flm 基因, 通过根癌农 杆菌方 法 转入到 栽培 品种 烟草 中 , 到 阳性抗性 植株后 , 得 收获种 子并 进行 播种 , 后对 得 到 的转 基 因烟 草 最 植 株 中二 氢 黄 酮醇 一 一还 原 酶 ( F 进 行分 析 4 D R)
i t e . i hwe ei o da c r a c i eo e - x r s in i a s e i n s s x e td no rd wh c r g o c o d n n ew t t v r e p e s t n g ncl e e p ce . hh o nr i a we
Ke od : bcoDh do ao o 4 rd e s( F ;x rsi t see yw rst ac; iyrf vn l -eu t e D R)epes n fr gn o l - a oo a n
Байду номын сангаас
在影 响植 物 花色 的各 种 因素 中 , 色素具 有 花 非常 重要 的作 用 。近 年来 , 界各 国的学 者对 花 世
二氢 黄酮 醇一 一 4 还原酶 ( F 基 因在烟草 中的过量表达 D R)

荔枝DFR基因的克隆及其序列分析

荔枝DFR基因的克隆及其序列分析

a c c o r d i n g t h e c o se n r v a i t v e d o m a i n o f d i h y d r o l f a v o n o l 4 - r e d u c t a s e( D F R)i n p l a n t s w e r e u s e d t o a m p l i f y he t D F R f r a g m e n t s f r o m he t e D N A fl o i t e h i( L i t c h i c h i n e n s i s S o m a . ) .A f u l l l e n g t h s e q u e n c e fD o F R g e n e w a s c l o n d e f r o m i l t c i h p e r i e a r p b y R AC E( r a p i d - a l n -
o f T r o p i c F r u i t T r e e s ,H a i n a n A e a d e m y o f A g i r c lt u u r a l S c i e n c e , H a i k o u , H a l n a n 5 7 1 1 0 0 ,C i h n a )
第4 2卷 第 5期
2 0 1 3年 9月
荔枝 D F R基 因的克隆及其序列分析
赵志常 , 一 , 胡福初 . 一 , 胡桂兵 , 杨转英。 ,肖 靖 ( 1 . 中国热带农业科 学院热带作物品种资源研究所/ 农业部华南作物基 因资源与种质创制重点开发 实验室, 海南 儋州 5 7 1 7 3 7 ; 2 . 华南农业大学园艺学院, 广东 广州 5 1 0 6 4 2 ; 3 . 海南省农业科 学院热带果树研究所 , 海南 海 口5 7 1 1 0 0 )

植物二氢黄酮醇—4—还原酶基因的研究进展

植物二氢黄酮醇—4—还原酶基因的研究进展

植物二氢黄酮醇—4—还原酶基因的研究进展作者:焦淑珍张正言王林徐盼李琴琴贾秋娥来源:《南方农业·下旬》2016年第07期摘要二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是花青素生物合成途径中的关键酶,在花色的修饰中起重要作用,目前,已从多种植物中分离得到。

从DFR基因的结构和作用机制、底物特异性、时空表达模式及花色修饰等方面进行了概括和总结,为DFR基因的进一步研究和利用提供理论依据。

关键词二氢黄酮醇-4-还原酶;花青素;基因工程;调控机制中图分类号:Q943.2 文献标志码:B DOI:10.19415/ki.1673-890x.2016.21.110花色是评定观赏植物品质最重要的因素之一,对于花卉商品性和价值性起着决定性的作用。

花色主要由类黄酮,类胡萝卜素,甜菜色素三种类型的色素组成[1,2]。

类黄酮中的花青素是影响花色的主要色素,赋予花和果实从橘色到蓝色的所有颜色,如红色、粉色、蓝色和紫罗兰色等[3-5]。

二氢黄酮醇4-还原酶(Dihydroflavonol 4-Reductase,DFR)是花青素代谢生化合成中的关键酶,是决定植物花色和果色从无色到有色的重要控制点,决定植物的花、果实、叶片等器官的着色[6]。

因此,研究DFR基因的作用机理对于花色形成分子机制有重大意义。

1 DFR基因的结构和作用机制二氢黄酮醇4–还原酶(DFR)是花色素苷生物合成途径中的关键节点基因,属于NADPH 依赖性短链还原酶家族或者是DFR亚家族,是单基因编码。

这个亚家族的成员由肉桂酸、氧化还原酶为代表。

它们都含有一个高度保守的NADPH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐)结合位点“VTGASGFVGSWLVMRLLEHGY”和一个由“TVNVEEKQKPVYDETCWSDVDFCRRV”组成的底物特异性结合区。

此区域中第134位氨基酸和第145位的氨基酸会直接决定底物的特异性,并且在不同植物中相对保守[7]。

DFR用NADPH作为辅因子催化二氢黄酮醇减少,从而生成相应的白花色素,这些无色花色素是花青素和原花青素的前体物。

《唐古特白刺二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)的克隆与功能分析》范文

《唐古特白刺二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)的克隆与功能分析》范文

《唐古特白刺二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)的克隆与功能分析》篇一一、引言近年来,植物基因工程领域的研究日益深入,其中唐古特白刺作为一种重要的药用植物,其生物活性成分的研究引起了广泛关注。

二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)是植物黄酮生物合成途径中的关键酶之一,具有重要的生理功能和药理作用。

本研究旨在克隆唐古特白刺的DFR基因,并对其功能进行分析,以期为进一步研究唐古特白刺的药用价值和开发利用提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料本实验所使用的唐古特白刺植物材料采集自特定地区,经过鉴定后用于基因克隆实验。

实验中所用的试剂、酶、载体等均为市售优质产品。

2. 方法(1)基因克隆:采用PCR技术,以唐古特白刺基因组DNA 为模板,扩增DFR基因。

通过测序、比对和分析,确认克隆到的基因序列。

(2)功能分析:构建DFR基因的过表达和沉默载体,通过遗传转化技术将其导入模式植物中,观察并分析转基因植物的表型变化及黄酮类物质含量变化,从而推断DFR基因的功能。

三、实验结果1. DFR基因的克隆与序列分析通过PCR技术成功克隆到唐古特白刺的DFR基因,经过测序和比对分析,确认该基因序列的正确性。

序列分析显示,该DFR基因具有典型的酶切位点和保守结构域,符合DFR基因的特征。

2. 功能分析(1)过表达实验:将DFR基因构建到过表达载体中,通过遗传转化技术将其导入模式植物中。

观察发现,过表达DFR基因的转基因植物表现出黄酮类物质含量显著增加的现象,表明DFR 基因在黄酮生物合成过程中具有重要作用。

(2)沉默实验:通过RNA干扰技术沉默DFR基因的表达,发现转基因植物的表型出现黄酮类物质含量降低的现象,进一步证实了DFR基因的功能。

四、讨论本研究成功克隆了唐古特白刺的DFR基因,并通过过表达和沉默实验分析了其功能。

结果表明,DFR基因在植物黄酮生物合成过程中具有重要作用,其表达水平的改变会影响黄酮类物质的含量。

这一发现为进一步研究唐古特白刺的药用价值和开发利用提供了理论依据。

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有效地还原DHK 。在非洲菊( Gerbera hybrida) 中,DFR 能利用全部3种二 氢黄酮醇作为催化底物,是橙色的天竺葵素存在于非洲菊但不存在于矮牵牛 中的原因。通过矮牵牛、玉米和金鱼草等植物DFR 基因序列的比对,发现 DFR 的底物结合特性是由一段保守序列决定的,其中134 位氨基酸是控制 DFR底物结合特性最为保守的氨基酸残基; Johnson 等也鉴定了DFR 与底物 专一性结合有关的区域,并通过改变该区域的一个氨基酸使DFR 优先催化 DHK。由此可见,DFR 的底物催化选择性是决定花色的主要原因。
二氢黄酮醇4-还原酶基因
学生:焦淑珍 导师:刘雅莉 2012--12--29
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二氢黄酮醇4-还原酶基因的结构和作用机制
二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)属 于NADPH 依赖性短链还原酶家族,为单基因编码。最近鉴定了葡萄 (Vitis vinifera)DFR 的晶体结构,发现其是由3 个亚基组成的复合物, 具有专门的NADPH 结合域。DFR 是花青素生物合成途径的关键酶, 分别 催化二氢堪非醇(dihydrokaempferol,DHK)、二氢栎皮黄酮 (dihydroquercetin,DHQ) 和二氢杨梅黄酮(dihydromyricetin,DHM) 生成无色花葵素(leucopelargonidin)、无色花青素(leucocyanidin) 和无色翠雀素(leucodelphinidin),然后这些无色花青素在花色素苷合 成酶(anthocyanin synthase,ANS)和类黄酮3-O-糖基转移酶 (flavonoid 3-Oglucosyltransferase,3GT)的作用下合成各种花青素。 由于DFR 对底物的特异性和表达水平的不同,使植物呈现出各异的花色和 果色
4 DFR 基因底物的特异性
DFR 对底物的特异性和表达水平不同,使植物呈现出各异的花色和果色。
不同来源的DFR 对3 种底物的亲和性有差别,如矮牵牛DFR 主要催化DHM, 其次是DHQ,而对DHK 则无作用。在矮牵牛和兰花( Cymbidium hybrida) 中,
DFR 能有效催化DHQ 和DHM 并在花瓣中积累矢车菊素和飞燕草素,但是不能
5 DFR 基因底物特异性的分子基础
不同物种的DFR与底物的结合区域是高度保守的,DFR 的氨基酸序列 决定其底物的种类。研究发现,其第134 位的氨基酸残基直接决定底物 的特异性。根据DFR 的第134 位氨基酸残基的种类可分为3 种:①其134 位上有一个天冬酰胺残基( Asn) ,因此被称为Asn 型DFR。②其134 位 上有一个天冬氨酸残基( Asp) ,不能有效地把DHK 还原为无色花葵素, 这一类DFR被称为Asp 型DFR。矮牵牛和兰花( Bromheadia finlaysoniana)的DFR 属于这类;③其第134 位氨基酸残基既不是天冬 酰胺也不是天冬氨酸,因此被称为非Asn /Asp 型DFR。植物中Asn 型 DFR 分布广泛,单子叶植物中都是Asn 型DFR,Asp 型DFR 只分布在部 分双子叶植物中。此外 ,只有少数植物含有非 Asn /Asp 型 DFR. 有 些同种植物中的不同 DFR 也分成不同的组 ,如豆科植物百脉根的DFR1 属于非 Asn /Asp 型; DFR2 和 DFR3 则属于Asp 型;而 DFR4 和 DFR5 属于Asn型;苜蓿的 DFR1 属于Asn 型,而 DFR2则属于 Asp 型等 在比较几种重要植物的 DFR 时发现 植物界中的大多数 DFR 都是 Asn 型Asp 型和非 Asn /Asp 型 DFR 数量有限 并且在进化上分布较远由 此推测 Asp 型和非 Asn /Asp 型 DFR 有可能是由 Asn 型进化来的。
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DFR基因的分离
DFR属于NADPH依赖性的短链DFR还原酶超家族 ,最早于1985年由O
Reilly等从玉米(Zeamays)和金鱼草(Antirrhinum m “s)中分离出 来 。随后,Beld等 在1989年又以部分金鱼草DFR表型突变基因为探 针分离了矮牵牛(Petunia hybrida)DFR基因。至今,通过同源克隆等
达模式,表明DFR基因仅在花色素苷着色器官中表达,并且控制花器 官的显色模式。
2000年Aida等 通过农杆菌介导的基因转染法将DFR基因转移到蓝猪耳
中,结果显示转化了反义基因的株系花冠变成浅蓝色,而转化了正义基
因的株系冠檐中的花色减少程度比冠筒的大。2004年Fukusaki等 成功 利用针对CHS基因的RNA干扰技术修饰了矮牵牛的花色,这项技术也可
能适用于DFR基因。
3 DFR 同源基因的结构
不同物种中编码DFR 基因的核苷酸序列也存在种属特异性,其功能可 能发生在转录和翻译阶段。据GenBank 上登录的资料,裂叶牵牛 ( I. nil) 与圆叶牵牛( I. purpurea) 基因组序列都包含3 个DFR 基 因: DFR-A、DFR-B 与DFR-C,它们呈串联排列,并且都是由6 个外显子 组成,具有相同的内含子剪切位点,DFR-B 基因比DFR-A、DFR-C 有更长 的内含子序列; 矮牵牛基因组中含有3 个DFR 基因,分别定位在2、4、6 号染色体上; 金鱼草、拟南芥的DFR 基因由6 个外显子组成,内含子剪 切位点与牵牛花的是一致的; 高梁基因组中含有2 个DFR 基因,呈串联 排列; 蔓越橘的基因组含有2 个DFR 基因,代表2 个不同的座位,在编 码的氨基酸序列中, 24 个氨基酸有差异。由此可以看出,不同种属的 DFR 氨基酸序列或核苷酸序列存在一定的差异,分析DFR 同源基因的结 构对研究其种属间的功能至关重。
方法,已经在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、兰花(Bromheadia
finlay—soniana)、山茶(Camellia sinensis)、番茄 (Lycopersiconesculentum)和水稻(Oryza sativa)等植物中分离了
DFR基因。2003年Nakatsuka等分了亚洲百合品种DFR基因的时空表
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