豆科植物IPI基因密码子偏好性

异戊烯基焦磷酸异构酶(isopentenyl diphosphate isomerases,IPI)作为2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate,MEP)和甲羟戊酸(mevalonate,MVA)途径的关键酶,参与植物萜类化合物的生物合成.豆科植物含多种萜类物质,研究豆科植物IPI基因密码子偏好性对促进豆科植物IPI基因表达、增加萜类物质产率具有重要意义.运用Codon W、EMBOSS等程序分析32个物种IPI基因的碱基组成、相对密码子使用度(RSCU)、有效密码子数(ENc)、密码子适应指数(CAI)等参数,并结合ENC-GC3s与PR2-plot方法确定豆科植物IPI基因的密码子偏好性.结果表明,豆科植物IPI基因偏好性较强(RSCU>1)的密码子有6个,UCU(RSCU=3.05)和AUU(RSCU=2.23)为偏好性最强的密码子.第3位碱基的GC含量(GC3s)[落花生2(Arachis hypogaea2)除外]与同义密码子GC含量(GC)<0.5,密码子偏好以A/U结尾.ENc为46.69～55.00,CAI为0.23～0.27,推测IPI基因表达水平偏低.ENc-GC3s与PR2-plot分析结果表明,自然选择是形成豆科植物IPI基因密码子偏好性的主要原因.相较于RSCU聚类树,基于编码序列的系统进化树更能反映物种真实的系统发育关系.大肠埃希菌、烟草与拟南芥可以作为豆科植物IPI基因外源表达的宿主,研究结果将为开展IPI基因的密码子改造与遗传工程操作奠定基础.