山黧豆半胱氨酸合成酶基因的克隆及功能分析

摘要

β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid,β-ODAP)是山黧豆(Lathyrus sativus)中的重要神经激活性物质和三七(Panaxnoto ginseng)止血的活性成分(三七素),其生物合成途径与硫代谢尤其是半胱氨酸(cysteine,Cys)代谢密切相关.本研究基于山黧豆转录组数据克隆了山黧豆半胱氨酸合成酶(cysteine synthase,CS)家族基因.利用多序列比对、系统发育分析等解析基因序列特征并进行分类;利用Cys营养缺陷型大肠杆菌(Escherichia coli)突变体功能互补、原核表达及酶活检测等分析LsCS基因表达产物特征;利用氨基酸定点突变分析LsCS活性关键位点;利用qRT-PCR分析LsCS基因在种子发育期的表达特征.结果表明,山黧豆中至少存在8条LsCS基因,与大豆(Glycine max)等物种的CS基因同源性较高,均属于β-取代基丙氨酸合成酶(β-substituted alanine synthase,BSAS)基因家族;LsCS基因的表达产物均具有半胱氨酸合成酶活性,其活性发挥依赖于磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate,PLP);在山黧豆发育的种子中,LsCS1、LsCS2、LsCS4、LsCS6和LsCS7表达水平较高,可能是主要的半胱氨酸合成酶来源.上述研究为进一步分析山黧豆LsCS家族基因在硫代谢途径,尤其是β-ODAP生物合成过程中的功能奠定了基础.