基于转录组测序的细风轮花青素合成途径及关键酶基因分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.011

植物研究 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (6): 886-896.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.011

基于转录组测序的细风轮花青素合成途径及关键酶基因分析

赵历强¹^,², 单春苗¹^,², 张声祥¹^,², 施圆圆¹^,², 马克龙³, 吴家文²^,⁴^,⁵()

^1.安徽中医药大学研究生院，合肥 230012
^2.安徽中医药大学科研实验中心、新安医学教育部重点实验室，合肥 230038
^3.安徽中医药大学中西医结合学院，合肥 230012
^4.安徽道地中药材品质提升协同创新中心，合肥 230012
^5.安徽省中医药科学院，合肥 230012

收稿日期:2019-11-19 出版日期:2020-11-20 发布日期:2020-11-04
通讯作者: 吴家文 E-mail:wujiawen@ahtcm.edu.cn
作者简介:赵历强(1995—)，男，硕士研究生，主要从事转录组学研究。
基金资助:
安徽高校自然科学研究重大项目(KJ2018ZD028);名贵中药资源可持续利用能力建设项目(2060302);国家自然科学基金(81874431);国家级大学生创新训练项目(201810369050)

Identification of Key Enzyme Genes Involved in Anthocyanin Synthesis pathway in Clinopodium gracile by Transcriptome Analysis

Li-Qiang ZHAO¹^,², Chun-Miao SHAN¹^,², Sheng-Xiang ZHANG¹^,², Yuan-Yuan SHI¹^,², Ke-Long MA³, Jia-Wen WU²^,⁴^,⁵()

^1.Graduate School，Anhui University of Chinese Medicine，Hefei 230012
^2.Key Laboratory of Xin’an Medicine，Ministry of Education，Anhui University of Chinese Medicine，Hefei 230038
^3.Clinical College of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine，Anhui University of Chinese Medicine，Hefei 230012
^4.Synergetic Innovation Center of Anhui Authentic Chinese Medicine Quality Improvement，Hefei 230012
^5.Anhui Academy of Chinese Medicine，Hefei 230012

Received:2019-11-19 Online:2020-11-20 Published:2020-11-04
Contact: Jia-Wen WU E-mail:wujiawen@ahtcm.edu.cn
About author:ZHAO Li-Qiang(1995—),male,master degree candidate,mainly engaged in transcriptomics research.
Supported by:
The Natural Science Research Grant of Higher Education of Anhui Province(KJ2018ZD028);Sustainable Utilization Project of Chinese Medicine Resources(2060302);National Natural Science Foundation of China(81874431);National College Students’ Innovation and entrepreneurship Training Program,China(201810369050)

摘要/Abstract

摘要：

为进一步理解细风轮花青素合成途径，本研究利用华大基因BGISEQ-500平台对细风轮中的根、茎、叶、花4个组织进行了转录组测序，从头组装后得到128 856个Unigene。KEGG通路表明有40个Unigene编码了细风轮的花青素生物合成途径中6个关键酶。我们对其中的关键酶DFR（二氢黄酮醇还原酶）进行同源比对和空间结构模拟，结果显示DFR序列和结构均具有良好的保守性，且具有高度保守的NAD⁺结合位点，其二级结构主要由α螺旋和β折叠组成，在空间上α螺旋包裹着β折叠，形成“夹心饼干”样结构。

关键词: 细风轮, 花青素, 转录组, 单基因, 二氢黄酮醇还原酶

Abstract:

In order to further understand the pathway of anthocyanin synthesis， the four tissues of C.gracile， namely， root， stem， leaf and flower， were sequenced using BGISEQ-500 platform. 128 856 unigenes were assembled and 40 unigenes encoding six key enzymes involved in the anthocyanin biosynthesis were identified. Homologous alignment and structure simulation of bifunctional dihydroflavonol 4-reductase（DFRs） were carried out， which showed that they have well-conserved sequences， spatial structures and NAD+ binding sites. The DFR structure model showed a tetrameric structure with Rossmann-like α-helixes/β-sheets/α-helixes sandwich fold.

Key words: Clinopodium gracile, anthocyanin, transcriptome, unigene, DFR

中图分类号:

Q949.777.6

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图/表 11

图1

图2

表1

图3

表2

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表3

图8

参考文献 43

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其他次生代谢产物的生物合成途径 Biosynthesis of other secondary metabolites pathway	通路ID Pathway ID	基因数目 Unigene number
咖啡因代谢Caffeine metabolism	ko00232	16
内酰胺生物合成Monobactam biosynthesis	ko00261	92
苯并嗪生物合成Benzoxazinoid biosynthesis	ko00402	36
吲哚生物碱生物合成Indole alkaloid biosynthesis	ko00901	187
苯丙素生物合成Phenylpropanoid biosynthesis	ko00940	1 406
黄酮类生物合成Flavonoid biosynthesis	ko00941	455
花青素生物合成Anthocyanin biosynthesis	ko00942	72
异黄酮生物合成Isoflavonoid biosynthesis	ko00943	89
黄酮和黄酮醇生物合成 Flavone and flavonol biosynthesis	ko00944	60
芪类，二芳基庚烷和姜辣素生物合成 Stilbenoid, diarylheptanoid, gingerol biosynthesis	ko00945	181
异喹啉生物碱生物合成 Isoquinoline alkaloid biosynthesis	ko00950	177
丙烷、哌啶、吡啶生物碱合成 Tropane, piperidine,pyridinealkaloid biosynthesis	ko00960	142
甜菜红碱生物合成Betalain biosynthesis	ko00965	26
芥子油苷生物合成Glucosinolate biosynthesis	ko00966	110

关键酶缩写 Abbreviation	名称 Key enzymes	EC编号 EC number	基因数目 Unigene number
PAL	苯丙氨酸氨裂解酶 phenylalanine ammonia-lyase	4.3.1.24	7
4CL	4-香豆素辅酶a连接酶 4-coumarate—CoA ligase	6.2.1.12	10
DFR	双功能二氢黄酮醇4-还原酶 bifunctional dihydroflavonol 4-reductase	1.1.1219	7
CHS	查耳酮合酶chalcone synthase	2.3.1.74	5
CHI	查耳酮异构酶chalcone isomerase	5.5.1.6	4
F3H	黄烷酮3-双加氧酶flavanone 3-dioxygenase	1.14.11.9	7

登录号 GenBank ID	功能蛋白归类 Classification of protein functional	物种来源 Source	同源性 Homology（%）	一致性 Identity（%）
PPS19807.1	DFR	海岛棉Gossypium barbadense	52	69
PIN26544.1	DFR	哥伦比亚锦葵 Herrania umbratica	65	76
XP017435247.1	DFR	赤豆Vigna angularis	52	69
XP027115391.1	DFR	咖啡树Coffea arabica	55	69
XP017189793.2	DFR	苹果Malus domestica	54	70
XP017614626.1	DFR	木本棉Gossypium arboreum	53	69
XP010053799.1	DFR	巨桉Eucalyptus grandis	52	68
XP020411735.1	DFR	桃Prunus persica	55	69
XP021808031.1	DFR	甜樱桃Prunus avium	54	69
XP019419143.1	DFR	狭叶羽扇豆Lupinus angustifolius	53	68
XP003554760.1	DFR	大豆Glycine max	50	66
RVX09916.1	DFR	葡萄Vitis vinifera	51	67
XP019191170.1	DFR	牵牛花Ipomoea nil	53	67
RAL54198.1	DFR	菟丝子Cuscuta australis	60	75
PIN26544.1	DFR	风铃木Handroanthus impetiginosus	65	76
XP011093542.1	DFR	芝麻Sesamum indicum	65	77
TEY70549.1	DFR	一串红Salvia splendens	70	79

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基于转录组测序的细风轮花青素合成途径及关键酶基因分析

Identification of Key Enzyme Genes Involved in Anthocyanin Synthesis pathway in Clinopodium gracile by Transcriptome Analysis

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图/表 11

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