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夏侧金盏花虾青素合成相关基因Adketo和Adkc的表达



全 文 :网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/46.1049.R.20121026.1537.011.html
[基金项目]国家自然科学基金资助项目(31160030)
[作者简介]高新征(1978-),女,山东郯城人,讲师,电话:0898-66893748,电子信箱:goodluckgxzh@126.com。
[通信作者]蒋洁,海南医学院理学院病理学教研室,电话:0898-66893600,电子邮箱:jiangjie0305@163.com。
[收稿日期]2012-10-15  [修回日期]2012-10-23  网络出版时间:2012-10-26 15:37
夏侧金盏花虾青素合成相关基因Adketo和Adkc的表达
高新征1,李 栎1,邬 强2,蔡群芳2,唐历波1,黎岳南1,蒋 洁1
(海南医学院 1.理学院;2.热带医学与检验医学院,海南 海口 571199)
  [摘要]目的:研究夏侧金盏花中虾青素合成相关基因Adketo和Adkc在不同组织部位的表达,从而从
基因表达角度探讨这两个基因与虾青素合成的关系。方法:根据GenBank上的Adketo和Adkc基因
以及内参Adactin基因的序列设计荧光定量PCR引物,通过Real-time PCR分析Adketo和Adkc基因
的组织部位表达情况。结果:Adketo和Adkc基因均只在花中大量表达(3%),其余组织内只能检测到
少量或微量表达(10-5~10-3)。结论:虾青素主要在夏侧金盏花的花中合成具有正相关关系,为证明
Adketo和Adkc是虾青素合成相关基因添加了又一证据。
[关键词]夏侧金盏花;虾青素;基因表达
[中图分类号]R917 [文献标识码]A [文章编号]1007-1237(2012)12-1689-03
Expression of astaxanthin biosynthesis related gene Adketo and Adkc in Adonis aestivalis
GAO Xin-zheng1,LI Li 1,WU Qiang2,CAI Qun-fang2,TANG Li-bo1,LI Yue-nan1,JIANG Jie1
(1.College of Science,Hainan Medical University;2.School of Tropical and Laboratory Medi-
cine,Hainan Medical University,Haikou571101,China)
[Foundation Project]:National Natural Science Foundation of China(31160030)
[Author]:GAO Xin-zheng (1978-),Female,Tancheng Shandong,Lecturer,Tel:0898-66893748,
E-mail:goodluckgxzh@126.com.
[Correspondence to]:JIANG Jie,Tel:0898-66893600,E-mail:jiangjie0305@163.com.
Received:2012-10-15  Revised:2012-10-23  JHMC,2012;18(12):1689-1691
View from specialist:It is creative,and of certain scientific and educational value.
[ABSTRACT]Objective:To analyze the expression of astaxanthin biosynthesis relative gene Adketo
and Adkc in different tissues of Adonisaestivalis,and to explore the relation between those two genes and
astaxanthin biosynthesis at the level of gene expression.Methods:Primers for real-time PCR was designed
according to the sequences of Adketo,Adkc and reference gene Adactin in genbank,then the expression of
Adketo and Adkc in different tissues of Adonis aestivalis was analyzed.Results:Adketo and Adkc were ex-
pressed in flower at high level,while little expression was detected in other tissues.Conclusions:Expres-
sion of Adketo and Adkc is similar with the fact that astaxanthin is only synthesized in flower of Adonis
aestivalis.It provides evidence for the relation between the genes Adketo and Adkc and the biosynthesis of
astaxanthin.
[KEY WORDS]Adonis aestivalis;Astaxanthin;Gene expression
9861
海南医学院学报 2012,18(12)
Journal of Hainan Medical University 
DOI:10.13210/j.cnki.jhmu.2012.12.001
  虾青素(Astaxanthin)是类胡萝素生物合成途
径中的终产物,具有极强抗氧化活性,在保健食品、
药品、高档化妆品等方面均有很大需求和应用前
景[1-4]。植物一般不能合成虾青素,但作为特例,夏
侧金盏花(Adonis aestivalis)的花瓣中含有虾青素,
含量为花瓣干重的1%左右,且虾青素占类胡萝卜
素总量的80%以上[5,6]。但夏侧金盏花的花器官
小,花瓣生物量低,难以达到商业化生产的要求。夏
侧金盏花虽然不适合直接用于虾青素生产,但它却
是研究植物虾青素合成途径的好材料。
虾青素的生物合成是以β-胡萝卜素为底物,经
β-胡萝卜素羟化酶和β-胡萝卜素酮化酶作用,在β-
紫罗酮环的3,3'和4,4'位置上引入羟基和酮基。植
物一般含有β-胡萝卜素羟化酶(CHYb),但没有β-
胡萝卜素酮化酶,因此无虾青素合 成[7,8]。由于夏
侧金盏花的花瓣中有较高含量虾青素,因此以它为
研究材料,研究人员从中分离了2个虾青素合成相
关基因 Adketo和 Adkc。Adkc与 Adketo共同作
用可以将β-胡萝卜素转化为虾青素,但目前还只在
大肠杆菌中得到验证[6]。本研究运用实时荧光定量
RT-PCR法,研究Adketo和Adkc基因在夏侧金盏
花不同组织部位的表达,从而从基因表达角度探讨
这两个基因与虾青素合成的关系。
1 材料与方法
1.1 供试材料
夏侧金盏花种子点播于营养土,在光照培养箱
中于23℃、长日照条件(16h光照,8h黑暗)下培养
3个月左右,获得花期植株(图1)。
注:A:植株;B:花。
图1 利用光照培养箱种植夏侧金盏花
1.2 引物设计
根据GenBank上的Adketo和Adkc基因以及
内参 Adactin 基 因 (GenBank 登 录 号 分 别 为
AY644757、DQ902556、JX436162)的序列设计荧光
定量PCR引物,由大连宝生物公司合成,引物序列
见表1。
表1 引物序列
引物 序列(5'-3')
AdketoF  TTCAATGATTGGACCTGCTG
AdketoR  CGTGCCAGAGTTCTTTGTGA
AdkcF  GTGCGATCAGCAAGAGATGA
AdkcR  TCGACTTTTTCGCCTTCACT
AdactinF  CCCCTGAAGAACACCCAGTA
AdactinR  GGAGAGCACAGCCTGGATAG
1.3 RNA提取和反转录
采用天根生物公司(北京)的RNAprep pure植
物总RNA提取试剂盒(离心柱型)提取夏侧金盏花
植株的根、茎、叶、花四个组织部位的总RNA,并通
过琼脂糖凝胶电泳和OD值测量检测RNA的完整
性、纯 度 和 浓 度。使 用 大 连 宝 生 物 公 司 的
SYBRRPrimeScript T M RT-PCR KitⅡ试剂盒的反
转录试剂将RNA反转录成cDNA。
1.4 荧光定量RT-PCR
使用 大 连 宝 生 物 公 司 的 SYBRR Prime-
Script RRT-PCR KitⅡ试剂盒的PCR试剂,按下列
组份配制PCR反应液:SYBR Premix Ex TaqTM
Ⅱ(2×)10μL,PCR Forward Primer(10μmol/L)
0.5μL,PCR Reverse Primer(10μmol/L)0.5μL,
ROX Reference DyeⅡ(50×)0.4μL,模板(cDNA
溶液,阴性对照不加模板)2μL,加入ddH2O补足到
20μL。采用Stratagene MX3000P荧光定量PCR
仪进行反应,反应条件为:95 ℃ 3min预变性后
95℃7s、57℃15s、72℃15s进行40个循环,最
后95℃1min,55℃30s,95℃30s进行溶解曲线
分析。基因表达量以参照基因Adactin作为标准进
行相对定量。相对定量方法采样普遍使用的2-ΔΔCT
法[9]。
2 结果
2.1 总RNA提取
分别提取夏侧金盏花植株的根、茎、叶、花四个
组织部位的总RNA,并通过琼脂糖凝胶电泳和OD
值测量检测RNA的完整性、纯度和浓度。总RNA
的琼脂糖凝胶电泳结果见图2,结果显示 RNA中
28S和18S两条带清晰且亮度比接近于2∶1,其
OD260/OD280比值均在1.85左右,表明 RNA完
整性和纯度均较好,可用于下一步研究。
注:1~4分别为根、茎、叶、花。
图2 不同组织总RNA的提取
0961  海南医学院学报 Vol.18No.12Dec.2012
2.2 荧光定量RT-PCR
对夏侧金盏花根、茎、叶、花四个组织部位的
cDNA样品进行荧光定量PCR分析,同时扩增Ad-
keto、Adkc和 Adactin(内参)基因。从扩增曲线可
看出,曲线走势正常、基线平、无上扬现象(图3A)。
从溶解曲线可看出,各样品溶解曲线无杂峰出现(图
3B)。说明实验过程中无污染和异常扩增,荧光定
量PCR分析结果可靠。
注:A:扩增曲线;B:溶解曲线。
图3 Adketo、Adkc和Adactin基因的扩增曲线和溶解曲线
采用2-ΔΔCT法,对夏侧金盏花不同组织部位的
Adkc和Adketo基因表达量进行相对定量分析。
结果表明,Adkc和Adketo基因均只在花中大量表
达,其余组织内可见少量的Adketo基因表达,但与
花中表达量差异很大。除叶中Adketo基因的表达
量为花中的3%外,其余部位Adkc和Adketo基因
的表达量为花中的10-5~10-3(图4)。
图4 不同组织部位Adkc和Adketo基因的相对表达量
3 讨论
虾青素具有超强抗氧化活性,在淬灭活性氧、清
除自由基等方面的能力是β-胡萝卜素的10倍,比维
生素E强百倍以上[10]。目前,虾青素在延缓衰老,
提高免疫力,防治心血管疾病、糖尿病、肿瘤等方面
的作用均见报道。因此,虾青素在保健食品、药品、
高档化妆品等方面有很大需求和应用前景。植物一
般不能合成虾青素,但作为特例,夏侧金盏花的花瓣
中含有虾青素,含量为花瓣干重的1%左右,且虾青
素占类胡萝卜素总量的80%以上。但夏侧金盏花
的花器官小,花瓣生物量低,难以达到商业化生产的
要求。夏侧金盏花虽然不适合直接用于虾青素生
产,但它却是发掘植物虾青素合成相关基因、研究植
物虾青素合成途径的好材料。目前研究人员已从夏
侧金盏花中鉴定了2个虾青素合成相关基因Adke-
to和Adkc。Adketo与其它植物的CHYb具有较
高相似性,如 Adketo与拟南芥CHYb在催化功能
区的相似性大于60%,但 Adketo并不表现为羟化
酶活性,而是具有在β-环的C-3,4位去饱和以及在
C-4位羟化2个作用。Adkc与Adketo共同作用可
以将β-胡萝卜素转化为虾青素,但目前还只在大肠
杆菌中得到验证[6]。本研究通过荧光定量PCR分
析,发现夏侧金盏花中Adketo和Adkc基因均只在
花中大量表达,其余组织内只能检测到少量或微量
表达,这与虾青素主要在夏侧金盏花的花中合成具
有正相关关系,进一步表明Adketo和Adkc基因与
虾青素合成相关,为证明Adketo和Adkc是虾青素
合成相关基因添加了又一证据。
综上所述,夏侧金盏花中Adketo和Adkc基因
均只在花中大量表达,其余组织内只能检测到少量
或微量表达,这与虾青素主要在夏侧金盏花的花中
合成具有正相关关系,表明Adketo和Adkc基因与
虾青素合成相关,为进一步发掘和利用这两个基因
提供了数据参考。
参考文献
1 杨艳,周宇红,徐海滨,等.虾青素抗氧化作用动物实
验研究[J].现代预防医学,2009,13:2432-2433.
2 曹秀明,杨贵群,杨菲菲.虾青素对过氧化氢所致
HepG2细胞线粒体氧化损伤及生存能力下降的保护作
用[J].中国海洋药物,2010,5:26-32.
3 Hussein G,U Sankawa.Astaxanthin,a carotenoid
with potential in human health and nutrition[J].J Nat
Prod,2006,69(3):443-449.
4 Lu YP,SY Liu.Neuroprotective effect of astaxanthin
on H(2)O(2)-induced neurotoxicity in vitro and on fo-
cal cerebral ischemia in vivo[J].Brain Res,2010,13
(60):40-48.
5 Maoka T,T Etoh.Carotenoids and their fatty acid es-
ters in the petals of Adonis aestivalis[J].J Oleo Sci,
2011,60(2):47-52.
6 Cunningham FX.A study in scarlet:enzymes of keto-
carotenoid biosynthesis in the flowers of Adonis aestiva-
lis[J].Plant J,2005,41(3):478-492.
7 Norihiko Misawa.Pathway engineering of plants to-
ward astaxanthin production[J].Plant Biotechnol,
2009,26:93-99.
8 Zhu C,S Naqvi.Metabolic engineering of ketocarote-
noid biosynthesis in higher plants[J].Arch Biochem
Biophys,2009,483(2):182-190.
9 Livak KJ,Schmittgen TD.Analysis of relative gene ex-
pression data using real-time quantitative PCR and the 2
(-Delta Delta C(T))Method[J].Methods,2001,25:
402-408.
10 张晓丽,刘建国.虾青素的抗氧化性及其在营养和医药
应用方面的研究[J].食品科学,2006,1:258-262.
1961高新征等.夏侧金盏花虾青素合成相关基因Adketo和Adkc的表达