卷叶贝母异戊烯基焦磷酸异构酶基因(IDI)的克隆与分析

旨在克隆卷叶贝母(Fritillaria cirrhosa D. Don)生物碱合成过程中的关键酶——异戊二烯焦磷酸异构酶(isopentenyl diphosphate isomerase,简称IDI),并运用生物信息学和荧光定量方法对其功能进行分析,为卷叶贝母甾类生物碱合成途径及其调控机制的研究奠定基础。以卷叶贝母再生鳞茎为试验材料,基于转录组测序结果,通过PCR技术克隆川贝母IDI基因(FcIDI)的开放阅读框(open reading frame,简称ORF)序列,运用生物信息学方法对该基因进行分析,预测其编码蛋白的结构与功能,并通过荧光定量PCR(qRT-PCR)检测FcIDI基因在卷叶贝母根、茎、叶、野生鳞茎、再生鳞茎及愈伤组织中的表达情况。结果表明,FcIDI的ORF片段为885 bp,编码294个氨基酸,与大豆(Glycine max)、杜仲(Eucommia ulmoides)、番薯(Ipomoea)、广藿香(Pogostemon cablin)等植物IDI蛋白的相似性达85%以上;FcIDI蛋白的二级、三级结构预测结果表明,α-螺旋及不规则卷曲是其整体蛋白质结构中的主要组成结构元件;qRT-PCR试验结果表明,FcIDI在野生鳞茎中的表达量远高于根、茎、叶等其他植物组织,再生鳞茎的IDI表达量高于野生鳞茎,在愈伤组织中的表达量最高。生物信息学分析和不同植物组织部位及组培诱导物的IDI相对表达量差异结果显示,FcIDI是1个生物碱合成途径中的关键蛋白质,并受激素组合诱导表达,研究结果为提高卷叶贝母中的生物碱含量及深入研究植物IDI的功能奠定了理论基础。