Targeted transcriptomics of the Mexican prickly poppy (Argemone mexicana L.) reveals diverse proteins related to benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis

A transcriptomic approach was employed to describe a set of putatively protein-coding sequences involved in the biosynthesis of berberine and sanguinarine, the two major benzylisoquinoline alkaloids (BIA) from Argemone mexicana (L.; Papaveraceae). A robust de novo assembled transcriptome was obtained from developing seedlings. Initial screening identified 514 unigenes, from eight different Pfam domains, such as Cyt-P450 dependent proteins, which are recurrently involved in BIA biosynthesis. Additional annotation by KEGG Orthology and Gene Ontology supported putative participation of the selected proteins in alkaloid biosynthesis. Moreover, in silico structure prediction of sanguinarine reductase (SanR), dihydrobenzophenantridine oxidase (DHBO) and tetrahydroprotoberberine oxidase (STOX), involved in the last reactions of sanguinarine and berberine biosynthesis, fitted to those of previously characterized proteins from related species, and thus, further supporting proper annotation. Hence, the pipeline analysis presented can provide a comprehensive description of the biosynthetic potential of this plant through functionality associated to its transcripts. Resumen. Un acercamiento transcriptómico se empleó para predecir un conjunto de secuencias condificantes para proteínas presuntamente involucradas en la biosíntesis de dos de los principales alcaloides bencilisoquinlínicos (ABI) en Argemone mexicana (L.; Papaveraceae). Un transcriptoma robusto, se obtuvo de plántulas en desarrollo. Un cribaje inicial identificó 514 unigenes de ocho dominios Pfam diferentes, incluyendo proteínas dependientes del CitP450, que participan en muchas reacciones en la biosíntesis de ABI. Anotaciones adicionales siguiendo la ortología KEGG y Gene Ontology sugirió la participación de un grupo de proteínas en la biosíntesis de alcaloides. Más aún, el modelaje estructural in silico de la sanguinarina reductasa (SanR), dihidrobenzophenantridina oxidasa (DHBO) y tetrahidroprotoberberine oxidase (STOX), responsables de las últimas reacciones de la síntesis de sanguinarina y berberina encajaron los previamente descritos para estas enzimas en otras especies relacionadas, confirmando la asignación recibida en la anotación. De este modo, el análisis bioinformático realizado puede ser útil para la descripción detallada del potencial biosintético de esta planta a través de la caracterización funcional de los candidatos seleccionados.