黄芪次生代谢途径调控诱导子筛选及转录组学研究
黄芪(Astragalus membranaceus(Fisch.) Bge.）是中国北方的重要药用植物，广泛应用于临床配方，具有强心、抗心肌缺血、提高免疫力、降糖、抗衰老、保护脏器等多种药理作用。黄芪的药效活性成分主要有多糖，皂苷、黄酮等次生代谢产物。现在黄芪次生代谢产物的生产主要来源于植物材料的直接浸提，但植物次生代谢产物的低产量一直是一个很难解决的重要问题。由于缺乏基因组和转录组数据，黄芪具有生物活性的次生代谢物质合成途径未知。次生代谢生物合成途径的候选基因和重要调控因子的鉴定，将会有助于理解次生代谢产物生物合成的途径。 为了使黄芪次生代谢途径能从正常的代谢背景中突出，并被捕捉到进行研究。本研究利用正交试验设计，以黄芪多糖含量、黄芪皂苷含量、黄芪黄酮含量为衡量指标，对调控相应代谢途径的诱导子进行了筛选。正交试验结果表明，黄芪多糖代谢途径的最佳诱导子是硝酸银溶液，最佳处理部位是地下部分，最佳处理时间是6-9d，最佳多糖含量变化检测部位是黄芪根部。黄芪皂苷代谢途径的最佳诱导子是茉莉酸甲酯和内生菌发酵液，处理部位是地下部位，最佳处理时间是3d，最佳皂苷含量变化检测部位是黄芪根部。黄芪黄酮次生代谢途径最佳的诱导子是硝酸银溶液，最佳处理部位是地下部分，最佳处理时间是9d，最佳黄酮含量变化检测部位是叶片。 同时本研究利用454/Roche GS FLX测序技术对黄芪植株根、茎、叶等比例总RNA混样进行了1/2板的转录组从头测序。这1/2板的测序共得到742721条高质量reads，平均长度413bp，约86％的reads参与了拼接，拼接的N50长度为1205。通过比对共得到9893个unigene。全部unigene通过BLASTX软件和三大公共数据库比对，9732个unigene被成功注释，注释率为98.37％。利用KEGG对unigene进行功能分类和代谢通路分析，其中2877个unigene归入45条代谢路径。在参与黄芪生物活性物质代谢的多糖代谢途径中找到36条unigene，皂苷和黄酮相关的代谢途径中找到68条相关的unigene。 在黄芪转录组12880个转录本中发现1729个SSR位点，平均距离是7.97kb，包含了从单核苷酸类型到六核苷酸的六种不同类型，核心重复序列127种。黄芪基因组测序还没有完成，然而可以利用全基因组测序的亲缘关系较近大豆(Glycine max)、蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula）、百脉根（Lotus japonicus）的基因组序列作参考对黄芪（Astragalusmembranaceus）转录组进行基因模型预测分析。与蒺藜苜蓿比对上的基因数目是2039条，有21727个转录模型，碱基相似度是90.14％;和大豆比对上的基因数是1948条，有36864个转录模型，碱基相似度是90.40％;和百脉根比对上的基因数是1003条，有10056个转录模型，碱基相似度是89.77％。以蒺藜苜蓿基因组为参考预测的可变剪切位点是290种类型，以大豆基因组为参考预测的可变剪切位点有284种类型，以百脉根基因组为参考预测的可变剪切位点有273种类型，占优势的可变剪切位点为AG<exon>GT、<L-Gap>、<R-Gap>。 本试验对黄芪次生代谢途径调控诱导子以及黄芪转录组的生物信息学进行了研究，筛选出了相应代谢途径的诱导子，获得了参与调控的关键基因和转录因子，为通过基因工程手段调控次生代谢途径，提高黄芪次生代谢物质的含量提供理论指导和技术支持。
黄芪;次生代谢;转录组学;硝酸银溶液;地下部分
东北林业大学
博士
林木遗传育种
马伟
2013
中文
S567.19;S336
101
2015-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）