German chamomile (Matricaria chamomilla L.) is one of the most ancient medicinal species in the world and terpenoids from their flowers have important medicinal value. We cloned three sesquiterpene synthase genes, McGDS1, McGDS2 and McGDS3, and performed sequence alignment and phylogenetic analysis. The encoded proteins possess three conserved structural features: an RRxxxxxxxxW motif, an RxR motif, and a DDxxD motif. McGDS1, McGDS2 and McGDS3 were confirmed to be (E)-farnesene synthase, germacrene D synthase, and germacrene A synthase, respectively. Subcellular localization revealed diffuse GFP reporter-gene signals in the cytoplasm and nucleus. qPCR indicated that McGDS1, McGDS2 and McGDS3, were more highly expressed in young flowers than in old flowers and the expression was highly correlated with amounts of the end-product essential oils ((E)-β-farnesene, germacrene D and β-elemene), with coefficients of 0.76, 0.83 and 0.68, respectively. We also established a transformation system for chamomile hairy roots. The overexpression of McGDS1, McGDS2 and McGDS3 resulted in γ-muurolene accumulation in hairy roots. The activity of three aphid alarm pheromones here forms the molecular basis for the study of the biosynthesis and regulation of volatile terpenes. Transformation of chamomile hairy roots provides a simple system in which to study terpene biosynthesis in chamomile.

中文翻译：

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德国洋甘菊（Matricaria chamomilla L.）蚜虫报警信息素3个基因的克隆及功能分析

德国洋甘菊（Matricaria chamomilla L.）是世界上最古老的药用植物之一，其花中的萜类化合物具有重要的药用价值。我们克隆了三个倍半萜烯合酶基因 McGDS1、McGDS2 和 McGDS3，并进行了序列比对和系统发育分析。编码的蛋白质具有三个保守的结构特征：RRxxxxxxxxW 基序、RxR 基序和 DDxxD 基序。McGDS1、McGDS2 和 McGDS3 分别被证实是 (E)-法呢烯合酶、锗烯 D 合酶和锗烯 A 合酶。亚细胞定位揭示了细胞质和细胞核中弥漫的 GFP 报告基因信号。qPCR 表明 McGDS1、McGDS2 和 McGDS3，幼花中的表达高于老花，并且表达与终产物精油（（E）-β-法呢烯、锗烯D和β-榄香烯）的含量高度相关，系数分别为0.76、0.83和分别为 0.68。我们还建立了洋甘菊毛根转化体系。McGDS1、McGDS2 和 McGDS3 的过表达导致 γ-muurolene 在毛根中积累。这里三种蚜虫警报信息素的活性构成了研究挥发性萜烯的生物合成和调控的分子基础。洋甘菊毛根的转化提供了一个简单的系统来研究洋甘菊中萜烯的生物合成。McGDS1、McGDS2 和 McGDS3 的过表达导致 γ-muurolene 在毛根中积累。这里三种蚜虫警报信息素的活性构成了研究挥发性萜烯的生物合成和调控的分子基础。洋甘菊毛根的转化提供了一个简单的系统来研究洋甘菊中萜烯的生物合成。McGDS1、McGDS2 和 McGDS3 的过表达导致 γ-muurolene 在毛根中积累。这里三种蚜虫警报信息素的活性构成了研究挥发性萜烯的生物合成和调控的分子基础。洋甘菊毛根的转化提供了一个简单的系统来研究洋甘菊中萜烯的生物合成。