农业生物技术学报
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2023年2月12日发(作者：)药用植物中鲨烯环氧酶的生物信息学分析
赵志新;王凡
【摘要】从系统进化角度对药用植物中三萜皂苷合成通路中的关键酶---鲨烯环氧
酶(Squaleneepoxidase,SE)进行生物信息学分析.通过检索已发表的相关文献,从
NCBI数据库中下载文献中实验验证的SE基因序列,然后使用生物信息分析软件对
所搜集序列进行同源性分析,并构建系统进化树.结果表明,刺五加与拟南芥、丹参的
同源性较高,刺五加actin1,2,3SE(拟南芥)和刺五加actinSE(丹参)亲缘关系较近,而
枇杷SE(拟南芥)的亲缘关系较远.
【期刊名称】《商洛学院学报》
【年(卷),期】2017(031)006
【总页数】6页(P51-55,68)
【关键词】鲨烯环氧酶;生物信息学;药用植物
【作者】赵志新;王凡
【作者单位】商洛学院生物医药与食品工程学院,陕西商洛726000;商洛学院生物
医药与食品工程学院,陕西商洛726000
【正文语种】中文
【中图分类】S567.5
三萜皂苷（Triterpenoidsaponins）作为一类重要的药用植物次生代谢产物，具
有保护肝脏、抗凝血、消炎抗病毒、降低胆固醇等多方面的药理作用[1]。三萜类
化合物在自然分布很广，在菌类、蕨类植物、单子叶植物和双子叶植物、动物和海
洋生物中都有存在，尤其是在双子叶植物中分布最为广泛，主要分布于菊科、石竹
科、五加科、豆科、远志科、桔梗科及玄参科[2-4]，特别是普遍存在于绞股蓝、
人参、三七、柴胡以及积雪草等多种药用植物中[5]。鲨烯环氧酶（Squalene
epoxidase,SE）也被称为角鲨烯单加氧酶，在细胞内质网中催化鲨烯（角鲨烯）
为环氧鲨烯[6]。在植物中，SE催化鲨烯氧化生成2,3-氧化鲨烯，因此被认为是三
萜皂苷类化合物合成中一个公认的关键限速酶[7]。同时研究发现，牛樟芝三萜途
径中最后一步关键的限速酶也是鲨烯环氧酶（SE）[8]。人参植物中至少含有2种
角鲨烯环氧化物酶，一种参与三萜皂苷的合成，另一种可能参与了植物甾醇的合成
[9]。本文主要是利用生物信息学的手段，查找已经公布的药用植物中的SE基因的
序列数据，并经过整理、分析，根据得到的结果来预测他们之间的同源性和进化关
系，为下一步通过分子生物学技术进行基因功能分析及代谢通路研究奠定基础。
1材料与方法
1.1材料
检索已发表有关SE研究的学术论文，然后从NCBI查找已公布的相关基因序列。
1.2方法
运用BLASTn2.6.0对药用植物中SE核酸序列的同源性进行分析；借助MEGA6.0
构建系统发育进化树，分析药用植物中SE基因的进化关系。
2结果与分析
2.1不同药用植物SE核酸序列
截止2017年3月10日为止，从NCBI数据库中下载已经公布的药用植物SE的
核酸序列，共28条，包括拟南芥，刺五加，枇杷等10种药用植物的核酸序列
（见表1）。
表1不同植物SE核酸序列来源物种拟南芥(Arabidopsisthaliana)序列参考文献
GenBank登录号(Accession)SENM-122320SQP1[10]NM-122319SQP2
NM-127848.3SE2[11]绞股蓝(Gynostemmapentaphyllum)FJ906798[5]人参
属(Panax)刺五加(Acanthopanaxsenticosus)DQ386734.1[10]FJ393274.2
KC524471.1AB122078.1AB003516.1KJ946469.1KJ946468.1KJ946467.1
KC524469.1KC422651.1KJ804171.1DQ457054.1JF818128.1JF818127.1
JF818129.1JN228206[12]三七（Anrederacordfolia）KC953033PnSE1
[13]JX625132PnSE2蛇足石杉(Huperziaserrata)JX027509HsSE1[14]龙牙楤
木(Araliaelata)GU354314[15]枇杷(Eriobotryajaponica)JQ294054.2ejSQE2
[11]JQ294053.2ejSQE1蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)AJ430609[16]桑黄
(Phellinusigniarius)KP974834[17]
2.2核酸序列的比对分析
将收集到的28条SE序列与拟南芥和丹参基因组做BLAST分析。使用BLASTn
2.6.0分别分析拟南芥和丹参基因组数据中的潜在SE序列，选择相似性较高的序
列。获得结果如图1～图3。结果显示：拟南芥潜在的SE基因序列与刺五加
actinSE基因序列相似性最高。同源性分别是刺五加actin（丹参）82%，枇杷
SE2（拟南芥）75%，刺五加actin3（拟南芥）86%，刺五加actin2（拟南芥）
83%，刺五加actin1（拟南芥）86%。（括号里的物种名为做BLAST的参照基因
组）
图1丹参基因组与SE序列BLAST图[刺五加actin(丹参）]
图2拟南芥基因组与SE序列BLAST图[刺五加actin(拟南芥）]
图3拟南芥基因组与SE序列BLAST图[枇杷SE2(拟南芥）]
2.3构建系统进化树
为了对药用植物中三萜皂苷的代谢通路做更深层次的分析，将所获的NCBI数据库
中已经注册的SE核酸序列，经同源性分析后做系统进化分析。将BLASTn搜索得
到同源性较高的核酸序列，使用MEGA6.0软件构建系统进化树，依据五种不同算
法所构建的进化树，如图4～图8。
2.3.1MaximumLikelihoodTree算法
由图4可知，从进化树图上来分析，5种SE序列聚成两大支，刺五加actin1,3
（拟南芥）和枇杷（拟南芥）聚为一大支；刺五加actin（丹参）和刺五加actin2
（拟南芥）聚集为一支；刺五加actin2（拟南芥）和刺五加actin1,3（拟南芥）
的亲缘关系较远与枇杷（拟南芥）亲缘关系较近。
2.3.2Neighbor-joiningTree算法
图4MaximumLikelihood算法
图5Neighbor-joining算法
由图5可知，5条SE核酸序列系统进化分析结果表明，5种SE序列聚成三大支，
刺五加actin1,3（拟南芥）聚为一大支；枇杷（拟南芥）独立聚为一支；刺五加
actin（丹参）和刺五加actin2（拟南芥）为一支；枇杷（拟南芥）与刺五加
actin（拟南芥）和刺五加actin(丹参)的亲缘关系较远。其中，刺五加actin与丹
参和拟南芥SE亲缘关系较近，但刺五加actin（拟南芥）之间的亲缘关系较远。
2.3.3MaximumParsimonyTree算法
由图6可知，5条SE核酸序列系统进化分析结果表明，5种SE序列聚成两大支，
刺五加actin1,2,3（拟南芥）和刺五加actin（丹参）聚为一大支；枇杷（拟南芥）
独立聚为一支；刺五加actin1,2,3(拟南芥)和刺五加actin（丹参）亲缘关系较近，
而枇杷（拟南芥）的亲缘关系较远。
图6MaximumParsimony算法
2.3.4UPGMATree算法
由图7可知，5条SE核酸序列系统进化分析结果表明，5种SE序列聚成三大支，
刺五加actin1,3（拟南芥）聚为一大支；枇杷（拟南芥）独立聚为一支；刺五加
actin（丹参）和刺五加actin2（拟南芥）为一支；枇杷（拟南芥）与刺五加
actin（拟南芥）和刺五加actin（丹参）的亲缘关系较远。其中，刺五加actin与
丹参和拟南芥SE亲缘关系较近，但刺五加actin（拟南芥）之间的亲缘关系较远。
2.3.5MaximumParsimonyTree算法
由图8可知，5条SE核酸序列系统进化分析结果表明，5种SE序列聚成两大支，
刺五加actin1,3(拟南芥)和枇杷（拟南芥）聚为一大支；刺五加actin与丹参和拟
南芥SE为一支；刺五加actin与丹参和拟南芥SE与刺五加actin1,3(拟南芥)的亲
缘关系较远，而与枇杷（拟南芥）亲缘关系较近。
图7UPGMA算法
图8MaximumParsimony算法
3讨论与结论
将获得的SE的核酸序列提交到美国国立生物技术信息中心（NCBI）的核酸序数
据库进行BLASTn相似性序列，结果显示：拟南芥SE基因序列与刺五加actinSE
基因序列相似性最高。为了分析SE的进化情况，从NCBI的数据库中选取与SE
基因编码相似性较高的5条序列（丹参-刺五加actin（HM051058.1），拟南芥-
枇杷SE2（NC_003071.7），拟南芥-刺五加actin3（NC_003074.8），拟南芥-
刺五加actin2（NC_003070.9），拟南芥-刺五加actin1（NC_003076.8）），
同源性分别达到刺五加actin（丹参）82%，枇杷SE2（拟南芥）75%，刺五加
actin3（拟南芥）86%，刺五加actin2（拟南芥）83%，刺五加actin1（拟南芥）
86%。从系统进化树可以看出，刺五加actinSE基因与拟南芥SE基因的亲缘关系
较近，这与序列BLASTN的分析结果一致。系统进化分析将包括人参在内的24种
植物的SE进行比较分析，从结果中可以得出，刺五加actin1,2,3（拟南芥）和刺
五加actin（丹参）亲缘关系较近，而枇杷（拟南芥）的亲缘关系较远，这符合自
然的进化规律。
由于鲨烯环氧酶在植物中存在的种类不多，且大多在药用植物中，特别是在人参属
植物中，已发现并命名的基因至少有17个基因[10]。有一部分药用植物中的SE
基因已经被克隆出来[5,7,11-17]，而桔梗中的三萜皂苷代谢通路的理论研究还不
成熟。因此，在药用植物中分析SE基因可以为揭示三萜皂苷的代谢通路、利用植
物基因工程技术人工合成三萜皂苷具有重要意义，也为下一步克隆这些基因提供生
物信息学理论依据。
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