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木姜叶柯查尔酮合酶基因的克隆及在合成生物学的应用

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木姜叶柯Lithocarpus litseifolius含有丰富的查尔酮类成分根皮苷和三叶苷,其生源合成途径还没有被完整解析。查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)是催化植物中类黄酮生物合成途径的第一个关键限速酶。为了探索木姜叶柯中的CHS基因家族在查尔酮生物合成中的功能,该研究从木姜叶柯的转录组数据中筛选到了2条CHS基因(分别命名为LlCHS1、LlCHS2),并对其进行了生物信息学分析及功能表征。生物信息学分析结果显示LlCHS1、LlCHS2均为酸性亲水稳定蛋白,且无跨膜结构域,分别编码395、390个氨基酸,均含有查尔酮合酶基因家族特征氨基酸序列"WGVLFGFGPGL"和高度保守活性位点(Cys-164、Phe-215、His-303、Asn-336)。系统发育树分析表明LlCHS1与土沉香Aquilaria sinensis中的同类基因共聚类于同一分支,LlCHS2与苹果Malus domestica中的同类基因亲缘关系比较近。大肠杆菌Escherichia coli的体内验证结果显示,在外源添加根皮酸(phloretic acid)的情况下,将LlCHS1和LlCHS2与源自Aromatoleum aromaticum中的Aa4CL分别共表达均可以催化根皮酸生成根皮素(phloretin)。该研究为进一步研究植物中查尔酮合酶的功能及通过合成生物学手段生产根皮素提供了新的酶学元件。
Cloning and application in synthetic biology of chalcone synthase gene from Lithocarpus litseifolius
Lithocarpus litseifolius is rich in the chalcones phloridzin and trilobatin,the biosynthesis pathways of which have not been fully demonstrated.Chalcone synthase (CHS) is the first key rate-limiting enzyme in the biosynthesis of flavonoids in plants.To explore the functions of CHS gene family in chalcone synthesis of L.litseifolius,this study screened out two CHS genes (LlCHS1 and LlCHS2) from the transcriptome data of this plant,and then bioinformatics analysis and functional characterization were performed for the two genes.The bioinformatics analysis showed that LlCHS1 and LlCHS2 were acidic hydrophilic stable proteins with no transmembrane domain,composed of 395 and 390 amino acid residues,respectively.Both of them contained the characteristic amino acid sequence "WGVLFGFGPGL" and highly conserved active sites (Cys-164,Phe-215,His-303,and Asn-336) of the CHS family.The phylogenetic tree showed that LlCHS1 shared the same clade with similar genes in Aquilaria sinensis,and LlCHS2 was closely related to similar genes in Malus domestica.Under exogenous addition of phloretic acid,co-expression of LlCHS1 or LlCHS2 with Aa4CL from Aromatoleum aromaticum in Escherichia coli catalyzed the production of phloretin from phloretic acid.This study laid a theoretical foundation for revealing the functions of CHS in plants and provided new enzymatic modules for producing phloretin by synthetic biology.

Lithocarpus litseifoliuschalcone synthasegene cloningbioinformatics analysisprokaryotic expressionphloretin

朱哈修、冯清香、孙术富、谭宇萍、魏小艳、张苛苛、王晨晨、王燕、李大勇、唐金富、罗琼

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云南农业大学农学与生物技术学院,云南昆明 650201

北京市农林科学院蔬菜研究所蔬菜种质改良北京市重点实验室,北京 100097

山东师范大学生命科学学院,山东济南 250014

中国中医科学院中药资源中心道地药材品质保障与资源持续利用全国重点实验室,北京 100700

吉林农业大学中药材学院,吉林长春 130118

云南农业大学云南省生物资源保护利用国家重点实验室,云南昆明 650201

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木姜叶柯 查尔酮合酶 基因克隆 生物信息学分析 原核表达 根皮素

2024

中国中药杂志
中国药学会

中国中药杂志

CSTPCD北大核心
影响因子:1.718
ISSN:1001-5302
年,卷(期):2024.49(24)