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中药蛇足石杉(千层塔)为石杉科(Huperziaceae)石杉属(Huperzia)植物蛇足石杉[Huperzia serrata (Thunb.) Trev.]的干燥全草,是我国常用中药之一。民间用于治疗跌打损伤、瘀血肿痛、精神分裂、肌肉痉挛等疾病。蛇足石杉主要含有生物碱、萜类、类黄酮等化合物。其中生物碱成分(石杉碱甲)是临床治疗早老年痴呆症的有效药物。除生物碱外,蛇足石杉萜类化合物也具有多种药理学活性,但其生物合成途径仍未被阐明。本实验室在前期研究中获得了大量的蛇足石杉的转录组信息,从中发现了可能参与蛇足石杉萜类化合物合成的转录本序列,包括编码法呢基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase,FPS)、鲨烯合酶(Squalene synthase, SQS)、鲨烯环氧酶(Squalene epoxidase, SE)等植物萜类生物合成途径的关键酶基因。基于以上研究结果,本论文完成了以下研究内容：本研究根据课题组已获得的蛇足石杉(Huperzia serrata)转录组数据中的FPS1、SQS.1和SEl转录本序列,设计三个基因全长扩增引物,利用RT-PCR方法获得蛇足石杉FPS1、SQS1和SE1基因的全长cDNA序列并构建了蛇足石杉FPS1基因的酵母表达载体；利用实时荧光定量PCR方法检测了HsFPS1、HsSQSl和HsSE1基因在蛇足石杉的根、茎、叶中的表达情况；对HsFPS1、HsSQS1和HsSEl基因编码蛋白序列进行信号肽、跨膜区、功能位点、结构域、亚细胞定位的生物信息学分析,同时预测其编码蛋白的结构与功能。研究结果表明,克隆获得的蛇足石杉FPS1基因编码区序列长为1,193bp,编码372个氨基酸残基,命名为HsFPS1, GenBank登录号JX027508。生物信息学预测HsFPS1蛋白的分子量是42.68kDa,等电点为6.60。HsFPS1与龙骨马尾杉(Huperzia carinata)的FPS具有93%的序列相似性。HsFPS1蛋白无跨膜区,具有萜类合酶等保守结构域,不含信号肽。HsFPS1基因在蛇足石杉的根中表达丰度高于茎和叶。克隆获得的蛇足石杉SQS1基因编码区序列长为1,263bp,编码420个氨基酸残基,命名为HsSQSl, GenBank登录号JQ004938。生物信息学预测(?)HsSQS1蛋白的分子量是47.76kDa,等电点为6.60。HsSQS1与紫杉(Taxus cuspidata)的SQS具有66%的序列相似性。HsSQSl蛋白含有两个跨膜区,具有鲨烯/八氢番茄红素合酶等保守结构域,不含信号肽。HsSQSl基因在蛇足石杉的根中表达丰度高于茎和叶。克隆获得的蛇足石杉SE1基因编码区长为1,686bp,编码561个氨基酸,命名为HsSEl, GenBank登录号JX027509。生物信息学预测HsSE1蛋白的分子量为62.78kDa,等电点为9.19。HsSE1与印度苦谏(Azadirachta indica)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)、玉米(Zea mays)等的SE均具有61%的序列相似性。HsSE1蛋白含有三个跨膜区,具有鲨烯环氧酶等保守结构域,不含信号肽。HsSE1基因在蛇足石杉的茎中的表达丰度高于根和叶。本研究在国内外首次获得蛇足石杉HsFPS1、HsSQS1和HsSEl基因的编码区序列,为进一步研究HsFPS1、HsSQS1和HsSE1在石杉科植物萜类化合物生物合成途径中的功能及鉴定酶活性位点奠定基础。