发育中的林下参萜类代谢的转录组学解析

发布时间：2020-04-19 16:20

【摘要】：人参(Panax ginseng C.A.Meyer)为五加科(Araliaceae)人参属(Panax L.)多年生草本植物,是我国传统的名贵药用植物。林下参是将人参幼苗或种子人工播种于自然或人工林下,模拟野生人参生长过程栽培得到的半野生人参。本文通过转录组分析结合组分含量测定,解析了林下参与园参之间萜类代谢的差异,并探究了不同采收月份和生长年限的林下参中萜类代谢的变化。主要研究结果如下:(1)园参和林下参之间具有明显的外观性状和生理代谢的差异,表现为园参的生长速率较快,而林下参的抗病性相对较强。通过对5年生人工栽培的园参和林下参转录组测序,共筛选出109051个转录本。除比对上参考基因组的59352个已知转录本(基因)外,还鉴定出新转录本46821个,经由功能预测获得新基因13382个。通过比较发现,园参和林下参次生代谢的差异主要集中于萜类化合物合成通路上,有496个萜类合成基因存在差异表达。这些差异基因主要分布于7个主要萜类化合物合成通路上(萜类基本骨架、单萜类、倍半萜类、二萜类、三萜类、类胡萝卜素类、醌类)。转录组分析结合含量测定结果表明,二萜类和三萜类化合物合成基因普遍在园参中转录水平较高;相反,大部分类胡萝卜素和倍半萜类化合物合成基因在林下参中转录水平较高。除此之外的三个萜类化合物合成通路(萜类基本骨架、单萜类和醌类)在两种人参间无明显差异。进一步分析表明,在园参中,具有促进营养生长作用的赤霉素和甾醇类物质积累含量较多,在林下参中,与提高抗逆性相关的脱落酸、原人参三醇型皂苷和吉玛烯含量更高。说明在园参和林下参之间的萜类代谢的差异可能与二者外观性状和生理差异有关。(2)林下参采收时间为每年的8-10月份,在此期间东北地区具有明显的季节性气候变化。为了探究林下参响应气候变化调控萜类代谢的过程,对8-10月份的林下参进行了转录组测序。本次测序共筛选出97182个转录本,其中鉴定新转录本33679个,经由功能预测获得新基因6790个。通过比较发现,林下参中萜类化合物合成通路的调控过程在8-10月间具有明显差异。在8月份采集的10年生林下参中,油菜素内酯(三萜)、吉玛烯、马铃薯螺二烯酮、朱栾倍半萜和松油醇(单萜)的合成途径较为活跃;在9月份林下参中,油菜素内酯和朱栾倍半萜合成被抑制,同时油菜甾醇(三萜)、赤霉素(二萜)和独脚金醇(类胡萝卜素)合成途径开始被激活;在10月份林下参中,除豆甾醇(三萜)、脱落酸(类胡萝卜素)和新薄荷醇(单萜)的合成途径开始上调外,其他所有萜类途径都被抑制。(3)为了探讨不同生长年限的林下参中萜类代谢的差异,对5年、10年和15年生的林下参进行了转录组测序。本次测序共筛选出转录本98671个,其中鉴定新转录本37596个,经由功能预测获得新基因8647个。通过比较发现,在5年生林下参中,油菜素内酯、赤霉素、吉玛烯和新薄荷醇的合成途径较为活跃;10年生林下参中,油菜甾醇和马铃薯螺二烯酮(倍半萜)的合成途径较为活跃;而15年生林下参中,以上萜类合成通路都被抑制。
【图文】：

高效液相色谱,人参皂苷,高效液相色谱,标准品

类阜苷配置浓度：Ｒｂｉ邋０．３邋ｍｇ／ｍＬ，Ｒｃ邋０．２５邋ｍｇ／ｍＬ，Ｒｂ２邋０．２５邋ｍｇ／ｍＬ，邋Ｒｂ３邋０．２邋ｍｇ／ｍＬ，逡逑Ｒｄ０．３ｍｇ／ｍＬ，Ｒｈ２０＿２５ｍｇ／ｍＬ。各标准品溶液校准曲线的相关系数均大于０．９９８。标逡逑准品高效液相色谱峰如图２－１所示。逡逑１６逡逑

曲线,饱和度,测序,曲线

低表达的ｃｌｅａｎｒｅａｄｓ需要更大的测序深度来保证定量的准确，饱和度曲线可以评逡逑估不同测序深度条件下不同表达水平ｃｌｅａｎ邋ｒｅａｄｓ是否准确定量。本次测序深度为逡逑１９０Ｘ，测序饱和度如上图３－１所示，大部分ＲＰＫＭ值在３．５以上的ｃｌｅａｎ邋ｒｅａｄｓ邋（即中逡逑等以上表达量）在以４０％比例随机抽取时，比对上参考基因组的ｃｌｅａｎｒｅａｄｓ的表达量逡逑与终值的偏差比例接近饱和（纵轴数值趋近于１），说明饱和度总体质量较高，，该测逡逑序深度能够覆盖绝大多数的表达基因。另一方面，为了从宏观上体现所测序列在人参逡逑染色体上的分布情况，我们选取／邋ｃｌｅａｎｒｅａｄｓ分布最多的前２０组染色体进行考察（图逡逑３－２）。通过考察发现园参所测结果在染色体上分布相对均匀，而林下参所测得结果分逡逑布较为集中。随后又将比对到的ｃｌｅａｎ邋ｒｅａｄｓ在参考基因组不同区域的分布情况进行统逡逑计（表３－４），定位区域分为ＣＤＳ邋（编码区）、Ｉｎｔｒｏｎ邋（内含子）、Ｉｎｔｅｒｇｅｎｉｃ邋（基因间区）逡逑和３’１１丁１１（＾５’１］丁１１（３’或５’端非编码区），发现超过百分之八十的（：＾１１撕也是在编逡逑码区分布
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S567.51

【参考文献】