Characterization of 1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate synthase (HDS) gene from Ginkgo biloba
- 作者
- Sang-Min Kim, Soo-Un Kim
- 单位
- Natural Products Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST) Gangneung Institute; Program in Applied Life Chemistry, Department of Agricultural Biotechnology and Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University; Plant Metabolism Research Center, Kyung Hee University
- 杂志
- Molecular Biology Reports（2009）
- DOI
- 10.1007/s11033-009-9771-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
克隆并鉴定银杏中1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合酶（HDS）基因，明确其在MEP途径及银杏内酯生物合成中的作用。
研究策略
通过RACE技术从银杏中克隆GbHDS全长cDNA，进行序列与系统发育分析，利用QRT-PCR检测表达模式，并通过GFP融合蛋白在拟南芥原生质体中的瞬时表达验证亚细胞定位。
核心内容
该研究从银杏中克隆并鉴定了1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合酶基因GbHDS，旨在阐明其在MEP途径及银杏内酯生物合成中的功能。通过RACE技术获得全长cDNA并进行序列与系统发育分析，利用定量RT-PCR检测表达模式，并通过GFP融合蛋白在拟南芥原生质体中瞬时表达验证亚细胞定位。GbHDS全长cDNA为2763 bp，含2226 bp开放阅读框，编码741个氨基酸，去除62个氨基酸的叶绿体转运肽后成熟蛋白由679个氨基酸组成，理论分子量75.6 kDa，等电点5.5，与长春花、拟南芥和水稻的HDS序列一致性约85–86%。表达分析显示，银杏胚根培养2周后GbHDS转录水平约为叶片的2倍，GFP实验证实其定位于叶绿体。结果首次表明银杏HDS蛋白定位于质体并参与MEP途径，提示该基因可能在银杏内酯生物合成中发挥重要调控作用，为后续代谢工程改造提供了分子基础。
创新点
首次从银杏中克隆并表征HDS基因全长cDNA，证实其编码蛋白定位于叶绿体，并揭示其表达模式与银杏内酯生物合成的关联。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 银杏 (Ginkgo biloba) | MEP途径 | GbHDS | HDS (1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合酶) | 催化 | 催化MEcPP转化为HMBPP，是MEP途径的倒数第二个酶 |
| 拟南芥原生质体 (Arabidopsis protoplasts) | MEP途径 | GbHDS | HDS-GFP融合蛋白 | 区室化 | 用于验证GbHDS蛋白的叶绿体定位 |
关键发现
- GbHDS全长cDNA为2763 bp，含2226 bp开放阅读框，编码741个氨基酸
- 预测成熟蛋白（去除62个氨基酸的叶绿体转运肽）由679个氨基酸组成，理论分子量75.6 kDa，等电点5.5。该蛋白与长春花、拟南芥、水稻的HDS序列一致性约85-86%。在银杏胚根中，培养2周后GbHDS转录水平约为叶片的2倍。GFP融合实验证实GbHDS定位于叶绿体。
研究结论
成功克隆了银杏GbHDS基因，其编码的HDS定位于质体，参与MEP途径，可能在银杏内酯的生物合成中发挥重要作用。