艾纳香脱氢酶基因家族的生物信息学分析

白琳 官玲亮 查英 于福来 王凯 谢小丽 庞玉新 陈松笔

摘  要：采用RT-PCR和RACE（Rapid amplification of cDNA ends）技術，从艾纳香（Blumea balsamifera （L.） DC.）叶片中克隆到4条编码艾纳香脱氢酶（BbADH1、BbADH2、BbADH3、BbADH4）基因的cDNA序列，并对4条核苷酸及其编码的氨基酸序列进行生物信息学分析。结果显示：4条艾纳香脱氢酶序列开放阅读框均在900 bp左右，蛋白质等电点（pI）值在5.0～9.0之间，含量最多的氨基酸为亮氨酸（Leu），最少的为色氨酸（Try），具有明显的疏水区和亲水区，N端未发现信号肽，且无跨膜区;同源性比对结果显示，艾纳香BbADH蛋白与其他植物中ADH蛋白具有高度的相似性，且具有脱氢酶的特征功能域;系统发育分析表明，艾纳香（B. balsamifera（L.） DC.）BbADH1和BbADH3同处于一个分支，且与胡杨（Populus euphratica Oliv.）PeADH物种亲缘关系较近，而艾纳香BbADH4和BbADH2处于不同分支，且分别与葡萄（Vitis vinifera）VvADH和烟草（Nicotiana tabacum）NtADH物种亲缘关系较近。

关键词：艾纳香;艾纳香脱氢酶（BbADH）;氨基酸序列;保守区;系统发育分析中图分类号：Q78      文献标识码：A

Bioinformatics Analysis of Dehydrogenase Genes Family from theBlumea balsamifera（L.） DC.

BAI Lin^1，2， GUAN Lingliang^1*， ZHA Ying^1，2， YU Fulai¹， WANG Kai¹， XIE Xiaoli¹， PANG Yuxin¹，CHEN Songbi^1*

1. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Provincial Engineering Research Center forBlumea balsamifera/ Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China; 2. College of Agriculture， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319， China

Abstract： Four dehydrogenase genes， named asBbADH1，BbADH2，BbADH3，BbADH4， were cloned fromBlumea balsamifera （L.） DC. by the reverse transcription polymerase chain reaction approach （RT-PCR） and rapid amplification of cDNA ends （RACE） andanalyzed by bioinformatics. The open reading frames of the four dehydrogenase sequences were all around 900 bp， and the isoelectric point （pI） of the proteins was 5.0–9.0. The most abundant amino acid ofBbADHwas leucine （Leu）， and the least was tryptophan （Try）. BbADH showed obvious hydrophobic and hydrophilic regions， no signal peptide at the N-terminus， and no transmembrane region. BbADH fromB. balsamifera（L.） DC showed a high similarity with BbADH from other plants， containing the characteristic functional domain of dehydrogenase. Phylogenetic analysis indicated that BbADH1 and BbADH3 were in the same branch and were closely related to PeADH ofPopulus euphraticaOliv.， while BbADH4 and BbADH2 were in different branches， and were closely related to VvADH ofVitis vinifera and NtADH ofNicotiana tabacum， respectively.

Keywords：Blumea balsamifera（L.） DC; dehydrogenase （BbADH）; amino acid sequence; conserved region; phylogenetic analysis

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.06.011

艾纳香（Blumea balsamifera（L.） DC.）为菊科（Compositae）艾纳香属（Blumea）多年生木质草本植物，全株均可入药，性微温，味辛、微苦^[1]，是一种重要的民族药，在我国黎族、苗族、壮族等少数民族地区有着悠久的药用历史。艾纳香主要药用成分为L-龙脑，其相对含量达46.56%^[2]。在植物次生代谢中产生的龙脑属于莰烷型双环单萜类化合物，具有左旋（L/?）体和右旋（D/+）体之分（图1）。大多数植物中龙脑会通过（+）-龙脑脱氢酶[（+）-borneol dehydrogenase]进一步氧化形成D-樟脑（D-cam?phor）^[3]。对于L-龙脑而言，1985年，Croteau等^[4]从含有L-龙脑和L-樟脑的菊蒿（Tanacetum vulgare）中分离到具有活性的（?）-龙脑焦磷酸合酶，揭示其催化特性，并推测L-龙脑的生物合成与D-龙脑相似：通过（?）-龙脑焦磷酸合酶催化GPP形成L-BPP，逐级水解形成L-龙脑，再通过（?）-龙脑脱氢酶氧化形成L-樟脑。……