粗糙獐牙菜中三种紫草苷合成酶异构体的发现及其在喜树碱生物合成中的潜在作用

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Discovery of three isoforms of strictosidine synthase in Ophiorrhiza rugosa and their plausible role in camptothecin biosynthesis

　　严格辛烷酸合酶（*STR*）是单萜吲哚生物碱（MIAs）生物合成中的关键酶。它催化色胺与牛角花萼素缩合生成严格辛烷酸——这是喜树碱（CPT）生物合成的速率限制步骤。通过对瘤紫草（*Ophiorrhiza rugosa*）愈伤组织、生根愈伤组织和毛状根组织的RNA-Seq分析，鉴定出三个不同的假想*STR*变体（*OrSTR1*、*OrSTR2*、*OrSTR3*），它们由可变剪接产生，分别具有1083 bp、570 bp和375 bp的完整开放阅读框。结构分析表明，*OrSTR1*包含三个外显子；*OrSTR2*包含外显子2和外显子3；*OrSTR3*则在外显子1中存在42 bp的部分缺失，同时保留完整的外显子3。对基因水平上各异构体的相对表达进行了研究，结果表明：*OrSTR1*在不定根（3.19倍）和毛状根组织（2.23倍）中上调，在生根愈伤组织（1.51倍）中中度上调，但在愈伤组织（0.58倍）中下调。同样，*OrSTR3*也在不定根（4.51倍）、毛状根（2.11倍）和生根愈伤组织（1.55倍）中上调，但在愈伤组织中下调。相反，*OrSTR2*在大多数组织中均呈下调，仅根部表现出接近正常的表达（1.08倍）。在所有组织中，*OrSTR1*是最丰富的转录异构体，已通过RNA-Seq和qPCR独立验证。*OrSTR1*的转录丰度与组织中CPT积累呈正相关，使其基因工程改造成为提高CPT产量的可行选择。过表达*OrSTR1*的毛状根产生的CPT（% DW）比对照毛状根高1.41至1.9倍。这些发现揭示了*OrSTR*基因座在转录水平的多样性和差异性调控，为瘤紫草中喜树碱生物合成的生物技术强化提供了潜在启示。