丹参萜类合酶基因家族的鉴定和表达模式分析

高颖; 姜金铸; 高营营; 杨洪涛; 刘先菊; 刘安

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20231612

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

丹参萜类合酶基因家族的鉴定和表达模式分析

药学基础 | 更新时间：2023-12-28

- 丹参萜类合酶基因家族的鉴定和表达模式分析
- Identification and Expression Pattern of Salvia miltiorrhiza Terpenoid Synthase Gene Family
- 中国实验方剂学杂志 2024年30卷第3期页码：142-151
- 作者机构：
  
  1.中国中医科学院中药研究所，北京 100700
  2.中国科学院植物研究所，北京 100093
  3.中国化学品安全协会，北京 100013
- 作者简介：
  
  高颖，硕士，从事药用植物生物信息学研究，E-mail：17863800378@163.com
  刘先菊，博士，博士后，从事药用植物药效成分生物合成途径解析，E-mail：liuxianju16@163.com
  刘安，博士，研究员，从事药用植物药效成分分离与合成途径解析，E-mail：aliu@icmm.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年科学基金项目(32202415);中国中医科学院科技创新工程项目(CI2021A04404;CI2021A04405);中国中医科学院优秀青年科技人才（创新类）培养专项(ZZ14-YQ-029);中央公益性科研院所基本科研业务费专项(ZXKT22002)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20231612
  中图分类号： R284.2;R289;R287;R22;R2-031;R33;R24
- 收稿：2023-08-14，
  
  网络出版：2023-11-20，
  
  纸质出版：2024-02-05
- 稿件说明：
移动端阅览
高颖,姜金铸,高营营等.丹参萜类合酶基因家族的鉴定和表达模式分析[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(03):142-151.

GAO Ying,JIANG Jinzhu,GAO Yingying,et al.Identification and Expression Pattern of Salvia miltiorrhiza Terpenoid Synthase Gene Family[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2024,30(03):142-151.
高颖,姜金铸,高营营等.丹参萜类合酶基因家族的鉴定和表达模式分析[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(03):142-151. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231612.

GAO Ying,JIANG Jinzhu,GAO Yingying,et al.Identification and Expression Pattern of Salvia miltiorrhiza Terpenoid Synthase Gene Family[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2024,30(03):142-151. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231612.

摘要

目的

利用生物信息学方法从基因组层面对丹参萜类合酶（

SmTPS

）基因家族成员进行全面鉴定和功能预测。

方法

从国家基因组科学数据中心（NGDC）、美国国家生物技术信息中心（NCBI）、拟南芥信息资源中心（TAIR）和番茄功能基因组学数据库（TFGD）分别获取丹参、拟南芥和番茄基因组与转录组数据。借助Perl语言、TBtools等工具对

SmTPS

进行全基因组鉴定与生物信息学分析。

结果

共鉴定出52个TPS成员分布在丹参的8条染色体上；编码氨基酸数目在207~822 aa；等电点在4.76~9.16，分子质量为24.11~94.81 kDa，所有成员均为亲水蛋白。基因结构分析表明不同亚族成员之间内含子数差异明显，72.6% TPS-a、TPS-b、TPS-g亚族成员为6，88.9% TPS-c、TPS-e/f亚族成员

10；蛋白motif相对保守。顺式作用元件分析表明，

SmTPSs

启动子区均含有大量光响应元件，大多数

SmTPSs

启动子区含有激素响应元件。基因表达模式分析显示

SmTPS

家族成员存在组织表达特异性，24个基因响应外源茉莉酸甲酯。

结论

基于已发表丹参基因组，鉴定得到52个

SmTPS

家族成员，结合系统进化与表达模式对其功能进行了预测。该文为丹参中萜类化合物生物合成及调控机制全面解析提供了参考信息。

Abstract

Objective

Bioinformatics methods were used to systematically identify the

Salvia miltiorrhiza

terpenoid synthase （

SmTPS

）

gene family members and predict their functions from the perspective of the genome.

Method

The genome and transcriptome data of

S. miltiorrhiza

，

Arabidopsis thaliana

， and tomato were obtained from the national genomics data center （NGDC）， national center for biotechnology information （NCBI）， the

Arabidopsis

information resource （TAIR）， and tomato functional genomics database （TFGD）， and the whole genome identification and bioinformatics analysis of the

SmTPS

gene family member were carried out with the help of Perl language programming， Tbtools， and other bioinformatics tools.

Result

A total of 52

TPS

gene family members were identified， and they were distributed on eight chromosomes of

S. miltiorrhiza

. Their coding amino acid number was 207-822 aa. The isoelectric points were 4.76-9.16. The molecular mass was 24.11-94.81 kDa， and all members are hydrophilic proteins. Gene structure analysis showed that there were significant differences in the number of introns among different subfamilies. The number of introns in 72.6% of TPS-a， b， and g subfamilies was 6， and that in 88.9% of TPS-c and e/f subfamilies was more than 10. Protein motifs were conserved among TPS subfamilies. The analysis of promoter

cis

-acting elements showed that all promoters of the

SmTPSs

contained a large number of light-responsive elements， and most of them had hormone-responsive elements. Gene expression analysis showed that

SmTPS

gene family members exhibited tissue-specific expression， and 24 of them responded to exogenous methyl jasmonate.

Conclusion

Based on the published

S. miltiorrhiza

genome， 52

SmTPS

gene family members were identified， and their functions were predicted based on the phylogenetic analysis and expression patterns. This paper provides reference information for the further biosynthesis pathway and regulatory mechanism analysis of terpenoids in

S. miltiorrhiza.

关键词

Keywords

references

国家药典委员会 . 中华人民共和国药典：一部［M］. 北京：中国医药科技出版社， 2020 ： 416 .

白婕，王伟峰，毛广敏，等 . 基于网络药理学及体外实验验证探究丹参治疗膀胱癌的分子机制［J］. 中国实验方剂学杂志， 2022 ， 28 （ 15 ）： 153 - 161 .

田会茹，姜思琴，吕红，等 . 丹参注射液抑制血小板诱导的乳腺癌细胞体外转移作用［J］. 中国实验方剂学杂志， 2023 ， 29 （ 21 ）： 79 - 85 .

高冉冉，申振，连梦慧，等 . 黄芪-丹参改善肾脏纤维化的研究进展［J］. 中国实验方剂学杂志， 2023 ， 29 （ 17 ）： 228 - 236 .

MARTIN D M ， AUBOURG S ， SCHOUWEY M B ， et al . Functional annotation， genome organization and phylogeny of the grapevine （ Vitis vinifera ） terpene synthase gene family based on genome assembly， FLcDNA cloning， and enzyme assays ［J］. BMC Plant Biol ， 2010 ， 10 ： 226 .

JIA Q ， BROWN R ， KÖLLNER T G ， et al . Origin and early evolution of the plant terpene synthase family ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2022 ， 119 （ 15 ）： e2100361119 .

KEILWAGEN J ， LEHNERT H ， BERNER T ， et al . The terpene synthase gene family of carrot （ Daucus carota L.）：Identification of QTLs and candidate genes associated with terpenoid volatile compounds ［J］. Front Plant Sci ， 2017 ， 8 ： 1930 .

JIANG S Y ， JIN J ， SAROJAM R ， et al . A comprehensive survey on the terpene synthase gene family provides new insight into its evolutionary patterns ［J］. Genome Biol Evol ， 2019 ， 11 （ 8 ）： 2078 - 2098 .

CHEN F ， THOLL D ， BOHLMANN J ， et al . The family of terpene synthases in plants：A mid-size family of genes for specialized metabolism that is highly diversified throughout the kingdom ［J］. Plant J ， 2011 ， 66 （ 1 ）： 212 - 229 .

AUBOURG S ， LECHARNY A ， BOHLMANN J . Genomic analysis of the terpenoid synthase （ AtTPS） gene family of Arabidopsis thaliana ［J］. Mol Genet Genomics ， 2002 ， 267 （ 6 ）： 730 - 745 .

ZHOU F ， PICHERSKY E . The complete functional characterisation of the terpene synthase family in tomato ［J］. New Phytol ， 2020 ， 226 （ 5 ）： 1341 - 1360 .

贾聪玲，舒娟，党静洁，等 . 荆芥萜类合成酶（TPS）基因家族鉴定与分析［J］. 中国中药杂志， 2023 ， doi： 10.19540/j.cnki.cjcmm.20230712.101 http://dx.doi.org/10.19540/j.cnki.cjcmm.20230712.101 .

零唯，覃艳红，黄鼎，等 . 绞股蓝萜类合成酶（TPS）基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析［J］. 中国中药杂志， 2023 ， 48 （ 4 ）： 930 - 938 .

YANG Z ， ZHAN T ， XIE C ， et al . Genome-wide analyzation and functional characterization on the TPS family provide insight into the biosynthesis of mono-terpenes in the camphor tree ［J］. Plant Physiol Biochem ， 2023 ， 196 ： 55 - 64 .

FANG X ， LI C Y ， YANG Y ， et al . Identification of a novel （-）-5-epieremophilene synthase from Salvia miltiorrhiza via transcriptome mining ［J］. Front Plant Sci ， 2017 ， 8 ： 627 .

高伟 . 丹参酮类化合物生物合成相关酶基因克隆及功能研究［D］. 北京：中国中医科学院， 2009 .

CUI G ， DUAN L ， JIN B ， et al . Functional divergence of diterpene syntheses in the medicinal plant Salvia miltiorrhiza ［J］. Plant Physiol ， 2015 ， 169 （ 3 ）： 1607 - 1618 .

SU P ， TONG Y ， CHENG Q ， et al . Functional characterization of ent-copalyl diphosphate synthase， kaurene synthase and kaurene oxidase in the Salvia miltiorrhiza gibberellin biosynthetic pathway ［J］. Sci Rep ， 2016 ， 6 ： 23057 .

蔡晓雪，王思凡，米要磊，等 . 工业大麻PP2C基因家族成员鉴定及表达分析［J］. 中国实验方剂学杂志， 2022 ， 28 （ 19 ）： 162 - 172 .

SONG Z ， LIN C ， XING P ， et al . A high-quality reference genome sequence of Salvia miltiorrhiza provides insights into tanshinone synthesis in its red rhizomes ［J］. Plant Genome ， 2020 ， 13 （ 3 ）： e20041 .

XU G ， GUO C ， SHAN H ， et al . Divergence of duplicate genes in exon-intron structure ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2012 ， 109 （ 4 ）： 1187 - 1192 .

万志庭，鲁梦，吴沙沙，等 . 中药火麻仁基原植物大麻MIKC型MADS-box基因家族鉴定与表达分析［J］. 药学学报， 2021 ， 56 （ 11 ）： 3173 - 3183 .

汤仁坤 . 葡萄B-box转录因子家族的全基因组鉴定及表达分析［D］. 北京：中国科学院植物研究所， 2019 .

怀浩，董林林，宁康，等 . 中药火麻仁基原植物Hsp20基因家族鉴定及表达分析［J］. 药学学报， 2022 ， 57 （ 4 ）： 1203 - 1215 .

石森堡，谯正林，王凤仪，等 . 金鱼草TPS基因家族的全基因组鉴定和表达模式分析［J］. 西南农业学报， 2023 ， 36 （ 5 ）： 1046 - 1056 .

孙丽超，李淑英，王凤忠，等 . 萜类化合物的合成生物学研究进展［J］. 生物技术通报， 2017 ， 33 （ 1 ）： 64 - 75 .

COLBY S M ， CROCK J ， DOWDLE-RIZZO B ， et al . Germacrene C synthase from Lycopersicon esculentum cv. VFNT cherry tomato：cDNA isolation， characterization，and bacterial expression of the multiple product sesquiterpene cyclase ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 1998 ， 95 （ 5 ）： 2216 - 2221 .

SCHILMILLER A L ， MINER D P ， LARSON M ， et al . Studies of a biochemical factory：Tomato trichome deep expressed sequence tag sequencing and proteomics ［J］. Plant Physiol ， 2010 ， 153 （ 3 ）： 1212 - 1223 .

FALARA V ， AKHTAR T A ， NGUYEN T T ， et al . The tomato terpene synthase gene family ［J］. Plant Physiol ， 2011 ， 157 （ 2 ）： 770 - 789 .

ZHANG H ， FAN P ， LIU C ， et al . Sunlight exclusion from muscat grape alters volatile profiles during berry development ［J］. Food Chem ， 2014 ， 164 ： 242 - 250 .

ZHANG E ， CHAI F ， ZHANG H ， et al . Effects of sunlight exclusion on the profiles of monoterpene biosynthesis and accumulation in grape exocarp and mesocarp ［J］. Food Chem ， 2017 ， 237 ： 379 - 389 .

杨金荣，崔婉宁，张瑜等 . 基于转录组数据的半夏AP2/ERF基因家族鉴定及逆境响应分析［J］. 中国实验方剂学杂志， 2023 ， 29 （ 5 ）： 176 - 184 .

刘晓柳，谢珍妮，钟灿等 . 茯苓鲨烯环氧酶基因克隆与表达分析［J］. 中国实验方剂学杂志， 2023 ， 29 （ 4 ）： 144 - 152 .

林焕泰，张天杰，史梦婷，等 . 割手密萜烯合成酶（TPS）基因家族分析及其在生物胁迫下的表达分析［J］. 作物学报， 2022 ， 48 （ 12 ）： 3029 - 3044 .

浏览量

145

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

莲NnOMT和NnNMT基因家族的鉴定与分析

二倍体紫苏CYP71基因家族的鉴定和生物信息学分析

基于生物信息学与机器学习识别阿尔茨海默病铜死亡生物标志物及临床验证与潜在中药预测

根际有机酸环境模拟对丹参毛状根代谢的影响