植物来源的次生代谢物是天然产物中最大的一类化合物，这些小分子化合物往往是植物与环境间相互作用的结果。植物次生代谢物包含多种具有药用活性的成分，如抗肿瘤药物喜树碱和抗胆碱药物东莨菪碱。异戊烯基焦磷酸异构酶（IPI）催化IPP和DMAPP之间的可逆反应，这两种5碳化合物是所有萜类化合物包括喜树碱在内的共同前体。为研究喜树碱生物合成的分子机理和为喜树碱代谢工程提供靶点；用RACE技术从喜树（Camptotheca acuminate）中克隆了ipi基因全长cDNA，并且对该基因进行了生物信息学分析、组织表达谱分析和功能验证。克隆的喜树ipi基因（GenBank（?）登录号：DQ839416；CaIPI）cDNA全长1143 bp，其长度为930 bp的开放阅读框（ORF）编码长度为309个氨基酸残基的IPI蛋白（CaIPI）。生物信息学分析显示CaIPI及其编码的蛋白与已知ipi基因和蛋白序列同源。CaIPI序列包含IPI蛋白典型的Cys-149位点和Glu-212位点，这两个氨基酸残基是IPI蛋白催化区域中最保守的位点。亚细胞定位预测CaIPI定位于质体，表明该蛋白属于MEP途径。将CaIPI与来源于植物、动物、真菌、藻类和细菌的IPIs构建分子发育树，结果表明IPIs在进化树上按照各自所属类群分为5枝，CaIPI聚到植物的一枝。利用半定量RT-PCR技术对CaIPI进行组织表达谱分析，结果表明CaIPI在茎中表达量最高，而嫩叶和根中次之；在成熟叶片和果实中则检测不到CaIPI的表达。对喜树各组织喜树碱含量进行HPLC检测，表明在嫩叶中喜树碱含量最高，在果实和根中次之，这与CaIPI组织表达谱分析的结果不符。该结果提示喜树碱储藏过程中存在转运机制，是对前人相关研究的补充。用CaIPI的ORF序列替换pTrcAtIPI质粒上的拟南芥ipi基因编码区，获得pTrcCaIPI质粒；在大肠杆菌XLl-Blue中导入pAC-BETA质粒，重建了其β-胡萝卜素合成途径；再将pTrcCaIPI转入该菌获得XLl-Blue+pAC-BETA+pTrcCaIPI。该菌在颜色互补平板上菌落呈现明亮的橘黄色。结果表明，该菌中CaIPI的超量表达能推动萜类代谢流向β-胡萝卜素合成的方向流动，证实CaIPI具有典型ipi基因的功能。对CaIPI的克隆分析和功能鉴定研究，有助于在分子遗传学水平上了解CaIPI的功能，并对研究喜树碱前体合成的分子机理有一定帮助。托品烷类生物碱（TAs）是一类提取自茄科植物的次生代谢物，常用的药用产物包括莨菪碱和东莨菪碱。两者尤其是东莨菪碱具有很强的抗胆碱作用，作为镇静剂和麻醉剂广泛应用于临床上。TAs生物合成起源于多胺代谢途径，途径中多个基因目前已经被克隆得到，使TAs途径的代谢工程修饰有了可能。PMT和H6H是催化TAs途径中的关键酶，目前已有报道证明这两个酶是TAs途径代谢工程的靶点。本研究选取TAs基源植物三分三（Anisodus acutangulus）作为植物材料，首先建立其无菌苗培养系统。用发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）A4遗传转化三分三，建立了其遗传转化方法。对发根基因组进行rolB和rolC基因的PCR检测，阳性率达到100％。将携带烟草pmt和莨菪h6h的pXI质粒转入经过“解除武装”的根癌农杆菌菌株（Agrobacterium tumefaciens）C58C1（携带pRiA4质粒），获得工程菌株C58C1-pXI。用C58C1-pXI遗传转化三分三，用100 mg·L^-1的卡那霉素进行抗性筛选，获得了抗性发根系。对发根基因组进行rolB、rolC、pmt和h6h基因的PCR检测，32％的C58C1-pXI转化发根系同时检测到4个基因，表明共转化率达到32％，实现了外源pmt和h6h在三分三发根中的高效表达。利用HPLC检测转基因发根系的莨菪碱和东莨菪碱含量，并与空白发根和自然根进行对比，验证转基因的效果。转基因组发根东莨菪碱含量最高达到3.702±0.341mg·g^-1dw，比A4转化发根系高出近6倍，比自然根高出近25倍；莨菪碱含量最高达到8.794±0.563 mg·g^-1dw，比A4转化发根系高出近8倍，比自然根高出近75倍；东莨菪碱和莨菪碱总量最高达到11.804mg·g^-1dw，比A4转化发根系高出近7倍，比自然根高出近44倍。本研究采用多基因共转化调控策略成功实现了三分三TAs途径的代谢工程，为开发TAs药源提供了新材料。