Cloning and functional characterization of an isopentenyl diphosphate isomerase gene from Tripterygium wilfordii
- 作者
- Yuru Tong, Meng Zhang, Ping Su, Yujun Zhao, Xiujuan Wang, Xianan Zhang, Wei Gao, Luqi Huang
- 单位
- School of Traditional Chinese Medicine, Capital Medical University; National Resource Center for Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences; Beijing Key Lab of TCM Collateral Disease Theory Research
- 杂志
- Biotechnology and Applied Biochemistry（2015）
- DOI
- 10.1002/bab.1427
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
从雷公藤中克隆并功能鉴定异戊烯基焦磷酸异构酶基因TwIPI，为解析萜类活性成分生物合成及代谢工程改造提供基因资源。
研究策略
基于转录组数据设计引物克隆TwIPI全长cDNA，进行生物信息学分析、MeJA诱导表达分析，并通过大肠杆菌番茄红素功能颜色互补实验验证其功能。
研究路线图
核心内容
本研究从雷公藤悬浮细胞中克隆获得异戊烯基焦磷酸异构酶基因TwIPI的全长cDNA，序列分析显示其开放阅读框编码288个氨基酸，预测蛋白分子量约32.65 kDa、等电点5.59。借助大肠杆菌番茄红素颜色互补系统，将TwIPI导入重组菌株后菌落呈现深粉色，证实该酶可在体内催化IPP与DMAPP的异构化，并显著增强萜类前体供应、促进番茄红素积累。同时，茉莉酸甲酯处理雷公藤悬浮细胞48小时后TwIPI转录水平提升约5.28倍，表明该基因参与茉莉酸信号介导的萜类生物合成调控。上述结果首次从雷公藤中鉴定并功能验证了IPI基因，为后续利用该基因强化雷公藤药用萜类成分的代谢工程改造提供了关键基因资源和理论依据。
创新点
首次从雷公藤中克隆并功能鉴定IPI基因；利用大肠杆菌颜色互补实验证明TwIPI可促进番茄红素积累。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli Trans1-Blue | 萜类生物合成（MEP/MVA途径） | TwIPI | 异戊烯基焦磷酸异构酶（IPI） | 催化 | 催化IPP与DMAPP之间的异构化，功能颜色实验证实可促进番茄红素积累 |
| Escherichia coli XL1-Blue | 萜类生物合成 | AtIPI | 拟南芥异戊烯基焦磷酸异构酶 | 催化 | 作为阳性对照，与TwIPI功能比较 |
| Tripterygium wilfordii suspension cells | 萜类生物合成 | TwIPI | 异戊烯基焦磷酸异构酶 | 催化 | MeJA诱导后转录水平显著上调 |
关键发现
- TwIPI cDNA全长1564 bp，编码288个氨基酸，预测分子量32.65 kDa，理论等电点5.59
- MeJA处理48 h后TwIPI转录水平提高约5.28倍
- 功能颜色实验显示含TwIPI的大肠杆菌菌落呈深粉色，表明TwIPI能显著促进番茄红素合成。
研究结论
TwIPI编码功能性异戊烯基焦磷酸异构酶，在萜类生物合成中起关键催化作用，可用于雷公藤萜类活性成分的代谢工程改良。