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苔类植物作为最早出现的高等植物类群,在从水生到陆生的进化过程中,会遇到紫外线增强和缺水的阻碍。苔藓植物进化产生了一些特殊的生理结构以适应陆生环境,包括苔类植物表面存在的角质层,可用来防止体内水分的流失和紫外线的侵害。大多数陆生植物的地上部分都有角质层覆盖。角质层在植物生长发育过程中起到了重要作用。角质层中含有脂质聚合物,大多是由芳香族化合物和脂肪族化合物通过酰基转移酶酯化而生成的。在一些高等植物中已经鉴定了一些与角质层的生物合成有关的酰基转移酶,这类酶属于BAHD/HXXXD酰基转移酶家族。目前,苔藓植物中还未对该类酶进行研究。本实验对蛇苔(Conocephalum connicum,SRP076966)、小蛇苔(Conocephalum.japonicum,SRP078647)和楔瓣地钱(Marchantia emarginata,SRP078649)的转录组测序数据库进行筛选,找到三个注释为BAHD/HXXXD家族的基因,分别将其命名为CcHFT、CjHFT与MeHFT。用MeHFT序列在NCBI上搜寻江南卷柏(Selaginella moellendorffii)和小立碗藓(Physcomitrella Patens)的基因组数据库时,发现了与MeHFT同源的基因各一个,分别命名为SmHFT和PpHFT。将五个全长基因分别从植物中克隆出来并构建入原核表达载体。体外酶活实验中,发现CcHFT、CjHFT、MeHFT和SmHFT的最适底物均为阿魏酰辅酶A和1-十二烷醇。而PpHFT的最适底物为咖啡酰辅酶A和十六羟轻基棕榈酸。利用烟草下表皮瞬时表达对MeHFT进行了基因的亚细胞定位研究,结果表明其定位于细胞质中。对蛇苔、小蛇苔、楔瓣地钱和江南卷柏的植物细胞壁的成分进行分析发现,芳香化合物主要是对香豆酸甲酯和阿魏酸甲酯,烷烃部分以十六烷醇和十八烷醇为主要成分。苔类植物有着丰富的次级代谢产物,包括黄酮、木脂素、萜类、香豆素和联苄等化合物。其中黄酮类化合物有着重要的生物活性和药理价值,比如抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌、抗过敏和抗细胞毒等作用。黄酮类化合物的生物合成途径在高等植物中已经研究的较为清楚,在很多高等植物中都已克隆和鉴定了相关基因,其中黄酮合成酶和黄烷酮-3-羟基化酶是黄酮生物合成途径中关键的氧化酶,二者的催化功能及进化关系尚有待阐明。本实验室前期研究中,从苔类植物中克隆并鉴定了六个I型黄酮合成酶(FNSI),在小立碗藓和江南卷柏中各克隆鉴定了一个同时具有黄酮合成酶和黄烷酮-3-羟化酶(F3H)功能的酶,在裸子植物和被子植物中又分别克隆并鉴定了六个黄烷酮-3-羟化酶。在这些实验研究的基础上,对已有的基因MpFNSI2、MeFNSI 2、CjFNSI 2、CcFNSI 1、CjFNSI 1、PaFNSI 1、PpFNSI、SmFNSI、GbF3H、PsF3H、PrF3H、AtF3H、MtF3H和AtrF3H进行了序列比对以及同源模拟,发现了一个氨基酸位点,注为“星位点”,它与底物柚皮素的A环在空间上相近,推测该位点可能与底物的催化活性有关。苔类植物中的几个FNSI酶在该位点上是酪氨酸Y,在小立碗藓和江南卷柏中的FNSI/F3H基因上,该位点分别是甲硫氨酸M和苯丙氨酸F。在裸子植物和被子植物中的六个F3H基因中,该位点均是脯氨酸P。将这些基因分为三类,第一类是FNSI,第二类是FNSI/F3H,第三类是F3H。通过将三类基因中的“星位点”Y、M、F和P互相之间进行突变,鉴定突变蛋白的体外催化功能,结果表明该“星位点”是决定酶催化功能和演化的一个关键氨基酸。将CjFNSI 1和CjFNSI 2转入模式植物拟南芥中,对纯合子转基因和野生型种子进行底物饲喂实验并对幼苗中黄酮成分进行了测定,发现CjFNSI I和CjFNSI 2的过表达植物中芹菜素的含量高于野生型,结果说明CjFNSI 1和CjFNSI 2在植物体内功能和体外酶活功能一致。