紫杉醇是从药用植物红豆杉中分离出的具有抗癌作用的天然产物,是最好的天然抗癌药物之一。由于红豆杉生长缓慢且紫杉醇含量非常低,所以完全不能满足患者的需求。开展红豆杉的基因工程为解决药源缺乏的问题提供了崭新的思路,而开展紫杉醇生物合成途径的分子生物学研究是实现紫杉醇基因工程的首要工作。紫杉醇的生物合成起源于新近发现的 MEP 途径,其中第五步反应酶是由2-C-甲基赤藓醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MECPS)催化的,该酶是紫杉醇前体生物合成 MEP 途径途径上的关键酶。为研究紫杉醇前体生物合成途径的分子生物学,本文采用 RACE 方法从曼地亚红豆杉中首次克隆了 TmMECPS 的全长 cDNA,并对该基因进行了详尽的分析和功能验证。根据生物信息学分析,TmMECPS 基因 cDNA 全长为899 bp,含有一个723 bp 的开放阅读框(ORF),编码一个由240个氨基酸残基组成的蛋白质;预测的分子量约为26.1 kDa,等电点(pI)为8.22。同源比对与生物信息学分析表明,TmMECPS 蛋白与其它物种的 MECPS 蛋白具有较高的同源性,并且具有 MECPS 蛋白家族的保守区域。系统发生树分析表明,TmMECPS 蛋白在进化上比其它绝大多数植物的 MECPS 蛋白更为古老。组织表达分析表明,TmMECPS 基因在根、茎、皮、叶中均有表达,但表达水平存在差异;叶与皮中表达量较根与茎要高。功能验证试验表明,TmMECPS 蛋白能够促进β-类胡萝卜素的产生与积累。 TmMECPS 基因的克隆与研究为进一步了解 Tmmecps 在银杏内酯生物合成途径中的作用打下了基础。