转录组分析鉴定连翘中控制连翘苷、连翘酯苷A含量及胚发育的候选基因
发布时间：2021-11-22 04:58
连翘为木犀科植物连翘Forsythia suspensa（Thunb.）Vahl的干燥果实,是我国广泛使用的传统中药材。连翘苷和连翘酯苷A是2015版《中国药典》中规定的指标性成分,用于控制连翘药材及饮片的质量。由于目前市场上连翘多为野生,连翘苷和连翘酯苷A的含量较低,同时还存在胚率较低的问题,导致药材质量无法保证,培育优质品种是解决连翘药材质量问题的最佳方法。迄今为止,对连翘的育种还尚未展开,关于连翘分子育种方面的研究较少。为了填补连翘育种领域的空白,本研究在连翘发育的五个不同时期,利用无参RNA-Seq技术,对各个时期连翘果实进行转录组测序,并通过生物技术平台筛选出与连翘苷和连翘酯苷A含量及胚发育相关的候选基因,为日后优质连翘品种的培育奠定基础。本课题的研究方法及结果如下:1.采用HPLC法,分别对6月20日至7月30日五个不同时期的连翘样品进行连翘苷和连翘酯苷A的含量测定。结果表明在此期间,随着连翘的生长发育连翘苷含量持续下降,连翘酯苷A含量先持续降低又在7月30日略微上升。2.提取上述各发育时期的连翘果实样品的总RNA进行RNA-Seq测序,五个时期的样本均得到了大于20M高质...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
苯丙烷代谢途径Fig.1-1Phenylpropanoidmetabolicpathway（1）连翘苷的生物合成机制在植物体内，经莽草酸途径产生苯丙烷途径的前体物质苯丙氨酸，苯丙烷途径及部
第一章绪论木脂素松脂醇的产生，近年来关于木脂素中连翘苷后期合成途径的研究较少。早期曾有研究小组用标记的表松脂素作底物，用F.intermedia脱细胞制备物进行培育，结果发现表松脂素可以很好地并入连翘脂素中，同时推测了连翘苷可能的合成途径[31]：两分子松柏醇偶联产生不同构型的化合物，然后转化为表松脂素（(+)-Epipinoresinol），表松脂素继而转化为连翘脂素，连翘脂素最终形成连翘苷。图1-2连翘苷的生物合成途径Fig.1-2ForsythinbiosyntheticpathwayinF.suspensa第一阶段中的苯丙烷代谢途径以及所涉及的基因已被广泛研究，而从松柏醇到连翘苷的合成通路涉及的基因和酶是未知的。考虑到连翘苷的分子结构，首先需要将苯丙烷代谢途径产生的松柏醇转化为表松脂素，然而迄今为止还未有任何关于表松脂素生物合成途径的报导，但木脂素具有光学活性在酸性条件下易异构化[32]，故可能先通过松柏醇合成松脂素（(+)-Pinoresinol）然后在酸性的内环境下转化为表松脂素。松脂醇型木脂素（(+)-Pinoresinol）的生物合成途径是从两分子松柏醇单元的特异性不对称偶联开始的[33]，该步骤过程中发生了自由基加成反应，尽管还没有确定松脂醇合成酶，但显示一种Dirigant蛋白（DIR）参与了E-松柏醇的立体特异性二聚化，该蛋白不具有催化活性，但却能够指导双分子偶联反应形成立体特异性或区域特异性产物，使木脂素单体偶连形成聚合体木脂素[34]，由于该过程限定了合成途径的反应方向，所以是木脂素合成途径中的限速步骤，对木脂素生物合成过程具有重要的调节作用[35]。DIR蛋白的基因已从丹参[36]、杜仲[37]、毛竹[38]等不同种植物中被发现，同时也有相关研究对连翘中的DIR蛋白基因进行了克隆[39]。表松脂素形成后还需要在C-4"所连接的氧的?
转录组分析鉴定连翘中控制连翘苷、连翘酯苷A含量及胚发育的候选基因连翘脂素，该甲基化反应可能是由特定的O-甲基化酶介导的；生成的连翘脂素还需要在C-4氧位置加上糖基部分才能形成连翘苷，故催化葡萄糖基转移反应的UDP-葡萄糖基转移酶（UGT）可能参与了该过程，具体途径如图1-2所示。此外，松柏醇也可能因UGT71A18（一种UDP-葡萄糖依赖性葡萄糖基转移酶）的作用发生糖基化[40]，并且这种糖基化作用很可能抑制松柏醇的酚羟基的化学反应性，同时增强松柏醇糖苷配基的高水溶性，从而导致产生大量而稳定的松柏醇[41]。实际上，大约90％的松脂醇以其糖基化形式积聚在连翘属植物中，在日本的连翘叶中，PLR在针对UGT71A18的基因表达中显示出相反的季节性变化[45]，因此UGT71A18指导的糖基化与一些木脂素合成途径中酶的催化是相互竞争的途径，因为它们都以松脂醇为底物。（2）连翘酯苷A的生物合成机制图1-3苯乙醇苷的生物合成途径Fig.1-3phenylethanoidglycosidesbiosyntheticpathway近几年来，关于苯乙醇苷(PhG)的生物合成通路的研究结果基本上达成共识，推测的苯乙醇苷类化合物的合成途径如图1-3所示：经莽草酸途径分别生成苯丙烷代谢途径和酪氨酸代谢途径的前体苯丙氨酸和酪氨酸，苯丙氨酸经由苯丙烷代谢途径生成苯丙烯酸，酪氨酸通过酪氨酸代谢途径生成苯乙醇，随后在一系列酰基转移酶和葡萄糖基转移酶的作用下，发生生苷化或酯化等反应，最终缩合生成PhG[47]。4
【参考文献】：
期刊论文
[1]转录组学研究方法在药用植物银杏中的应用[J]. 刘志强,朱国琴,陈冉,高崎. 上海中医药大学学报. 2020(01)
[2]苯乙醇苷合成的研究进展[J]. 谢峻,刘燕,柯江英,张静怡,杨靖茹,刘红梅. 中草药. 2019(20)
[3]转录组学主要研究技术及其应用概述[J]. 刘伟,郭光艳,秘彩莉. 生物学教学. 2019(10)
[4]毛竹Dirigent基因家族的全基因组鉴定与分析[J]. 陈家璐,张智俊,刘笑雨,朱丰晓. 植物生理学报. 2019(09)
[5]D-酪氨酰-tRNA脱酰基酶的研究进展[J]. 张晓刚,刘楠. 药物生物技术. 2018(04)
[6]苯乙醇苷类化合物的分类及研究进展[J]. 薛景,王英爱,贾献慧,杜成林,唐文照. 药学研究. 2018(05)
[7]连翘2个DIR基因的分子特征与表达分析[J]. 朱畇昊,赵乐,谢小龙,李景亮,董诚明. 中药材. 2017(12)
[8]连翘中具有抗菌活性的苯乙醇苷类化学成分研究[J]. 姜醒,鲁丽敏,张春蕾,王兴焱,孙琦,王佳天,苑光军. 中国现代中药. 2017(05)
[9]杜仲Dirigent蛋白编码基因的克隆及序列分析[J]. 王维东,赵德刚,赵懿琛. 基因组学与应用生物学. 2018(03)
[10]丹参Dirigent基因家族的发现与生物信息学分析[J]. 马金洋,杨瑾冬,李卿,张磊. 基因组学与应用生物学. 2017(04)
硕士论文
[1]河南产连翘饮片的质量分析研究[D]. 郝敏.河南中医药大学 2016
本文编号：3510987
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
苯丙烷代谢途径Fig.1-1Phenylpropanoidmetabolicpathway（1）连翘苷的生物合成机制在植物体内，经莽草酸途径产生苯丙烷途径的前体物质苯丙氨酸，苯丙烷途径及部
第一章绪论木脂素松脂醇的产生，近年来关于木脂素中连翘苷后期合成途径的研究较少。早期曾有研究小组用标记的表松脂素作底物，用F.intermedia脱细胞制备物进行培育，结果发现表松脂素可以很好地并入连翘脂素中，同时推测了连翘苷可能的合成途径[31]：两分子松柏醇偶联产生不同构型的化合物，然后转化为表松脂素（(+)-Epipinoresinol），表松脂素继而转化为连翘脂素，连翘脂素最终形成连翘苷。图1-2连翘苷的生物合成途径Fig.1-2ForsythinbiosyntheticpathwayinF.suspensa第一阶段中的苯丙烷代谢途径以及所涉及的基因已被广泛研究，而从松柏醇到连翘苷的合成通路涉及的基因和酶是未知的。考虑到连翘苷的分子结构，首先需要将苯丙烷代谢途径产生的松柏醇转化为表松脂素，然而迄今为止还未有任何关于表松脂素生物合成途径的报导，但木脂素具有光学活性在酸性条件下易异构化[32]，故可能先通过松柏醇合成松脂素（(+)-Pinoresinol）然后在酸性的内环境下转化为表松脂素。松脂醇型木脂素（(+)-Pinoresinol）的生物合成途径是从两分子松柏醇单元的特异性不对称偶联开始的[33]，该步骤过程中发生了自由基加成反应，尽管还没有确定松脂醇合成酶，但显示一种Dirigant蛋白（DIR）参与了E-松柏醇的立体特异性二聚化，该蛋白不具有催化活性，但却能够指导双分子偶联反应形成立体特异性或区域特异性产物，使木脂素单体偶连形成聚合体木脂素[34]，由于该过程限定了合成途径的反应方向，所以是木脂素合成途径中的限速步骤，对木脂素生物合成过程具有重要的调节作用[35]。DIR蛋白的基因已从丹参[36]、杜仲[37]、毛竹[38]等不同种植物中被发现，同时也有相关研究对连翘中的DIR蛋白基因进行了克隆[39]。表松脂素形成后还需要在C-4"所连接的氧的?
转录组分析鉴定连翘中控制连翘苷、连翘酯苷A含量及胚发育的候选基因连翘脂素，该甲基化反应可能是由特定的O-甲基化酶介导的；生成的连翘脂素还需要在C-4氧位置加上糖基部分才能形成连翘苷，故催化葡萄糖基转移反应的UDP-葡萄糖基转移酶（UGT）可能参与了该过程，具体途径如图1-2所示。此外，松柏醇也可能因UGT71A18（一种UDP-葡萄糖依赖性葡萄糖基转移酶）的作用发生糖基化[40]，并且这种糖基化作用很可能抑制松柏醇的酚羟基的化学反应性，同时增强松柏醇糖苷配基的高水溶性，从而导致产生大量而稳定的松柏醇[41]。实际上，大约90％的松脂醇以其糖基化形式积聚在连翘属植物中，在日本的连翘叶中，PLR在针对UGT71A18的基因表达中显示出相反的季节性变化[45]，因此UGT71A18指导的糖基化与一些木脂素合成途径中酶的催化是相互竞争的途径，因为它们都以松脂醇为底物。（2）连翘酯苷A的生物合成机制图1-3苯乙醇苷的生物合成途径Fig.1-3phenylethanoidglycosidesbiosyntheticpathway近几年来，关于苯乙醇苷(PhG)的生物合成通路的研究结果基本上达成共识，推测的苯乙醇苷类化合物的合成途径如图1-3所示：经莽草酸途径分别生成苯丙烷代谢途径和酪氨酸代谢途径的前体苯丙氨酸和酪氨酸，苯丙氨酸经由苯丙烷代谢途径生成苯丙烯酸，酪氨酸通过酪氨酸代谢途径生成苯乙醇，随后在一系列酰基转移酶和葡萄糖基转移酶的作用下，发生生苷化或酯化等反应，最终缩合生成PhG[47]。4
【参考文献】：
期刊论文
[1]转录组学研究方法在药用植物银杏中的应用[J]. 刘志强,朱国琴,陈冉,高崎. 上海中医药大学学报. 2020(01)
[2]苯乙醇苷合成的研究进展[J]. 谢峻,刘燕,柯江英,张静怡,杨靖茹,刘红梅. 中草药. 2019(20)
[3]转录组学主要研究技术及其应用概述[J]. 刘伟,郭光艳,秘彩莉. 生物学教学. 2019(10)
[4]毛竹Dirigent基因家族的全基因组鉴定与分析[J]. 陈家璐,张智俊,刘笑雨,朱丰晓. 植物生理学报. 2019(09)
[5]D-酪氨酰-tRNA脱酰基酶的研究进展[J]. 张晓刚,刘楠. 药物生物技术. 2018(04)
[6]苯乙醇苷类化合物的分类及研究进展[J]. 薛景,王英爱,贾献慧,杜成林,唐文照. 药学研究. 2018(05)
[7]连翘2个DIR基因的分子特征与表达分析[J]. 朱畇昊,赵乐,谢小龙,李景亮,董诚明. 中药材. 2017(12)
[8]连翘中具有抗菌活性的苯乙醇苷类化学成分研究[J]. 姜醒,鲁丽敏,张春蕾,王兴焱,孙琦,王佳天,苑光军. 中国现代中药. 2017(05)
[9]杜仲Dirigent蛋白编码基因的克隆及序列分析[J]. 王维东,赵德刚,赵懿琛. 基因组学与应用生物学. 2018(03)
[10]丹参Dirigent基因家族的发现与生物信息学分析[J]. 马金洋,杨瑾冬,李卿,张磊. 基因组学与应用生物学. 2017(04)
硕士论文
[1]河南产连翘饮片的质量分析研究[D]. 郝敏.河南中医药大学 2016
本文编号：3510987
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