打顶诱导烟叶绿原酸生物合成积累的生理机制

发布时间：2020-05-12 01:45

【摘要】：绿原酸是植物苯丙烷代谢途径中的重要次生代谢产物之一,其含量与烟草品质形成密切相关,可提高烟株应对逆境胁迫时的抗逆性和抗氧化性。在生产实践中,打顶可以显著提高烟叶绿原酸含量,但其调控机理尚未清楚。因此,明确其合成的调控机制,对于提高烟草品质具有重要的意义。本研究以红花大金元为试验材料,首先对正常打顶(现蕾后10 d打顶)烟株绿原酸生物合成途径的关键前体物进行靶向代谢组检测,结合MetaboAnalyst 4.0可视化在线软件进行代谢产物路径分析。在此基础上进一步分析不同时期打顶后绿原酸代谢通路上合成与降解关键酶的活性以及相关基因的表达量,研究打顶后绿原酸生物合成积累的反应类型及其在分子水平上的响应。最后通过添加外源生长素NAA和生长素极性运输抑制剂NPA,明确打顶后生长素含量的变化对烟叶绿原酸合成积累的影响。为明确打顶诱导烟叶绿原酸合成积累的生理机制,定向调控烟草中绿原酸的生物合成从而改善烤烟品质提供参考。主要结果如下:1.通过靶向代谢组检测到了13种苯丙烷代谢组分,与未打顶烟株相比,打顶处理烟叶中肉桂酸、对-香豆酰奎尼酸、咖啡酸和绿原酸含量上升幅度较大,而L-苯丙氨酸、咖啡酰O-葡萄糖苷、香豆素含量则显著下降,MetaboAnalyst分析表明这些物质主要参与了16条代谢途径,其中最主要的是苯丙烷代谢途径。在打顶后第3 d时,绿原酸合成途径中的关键酶PAL、4CL、C4H、HQT和HCT活性显著升高。进一步分析表明打顶可能增强了苯丙烷途径代谢向绿原酸合成支路中的转化效率,而相应的减弱了与绿原酸途径存在竞争关系的香豆素分支的流速。同时MetaboAnalyst分析表明打顶诱导烟叶绿原酸合成的关键代谢通路是在HCT的催化下生成对-香豆酰奎尼酸,随后经C3H羟基化作用生绿原酸。2.为了进一步研究打顶诱导烟叶绿原酸合成积累的反应类型,本研究分别在苗期和现蕾后10d进行打顶处理,发现与同时期未打顶处理相比,苗期打顶处理的烟叶中绿原酸等多酚类物质含量显著降低,PAL、PPO和POD活性升高,4CL活性降低,PAL1、PAL4和4CL2表达量上调,分别上调2.6、1.8和1.5倍;现蕾后10 d打顶处理的烟叶中绿原酸等多酚类物质含量显著升高,PAL、C4H、4CL和POD活性升高,PPO活性降低,PAL1表达量下调0.5倍。两个时期打顶处理烟叶中PAL2、PAL3、C4H和4CL1表达量均上调,苗期打顶分别上调2.6、2.7、3.9和4.7倍,现蕾后打顶分别上调3.5、2.8、2和1.8倍。以上结果表明,打顶诱导烟叶绿原酸等多酚生物合成与生育期有关;并受PPO活性的调控。3.为明确打顶后生长素含量的变化对烟叶绿原酸合成积累的影响,本试验研究了NAA和NPA处理后烟叶绿原酸与生长素含量间的变化规律,分析了绿原酸合成和降解关键酶的活性。结果表明,苗期打顶后内源IAA含量降低,绿原酸含量降低;现蕾后打顶烟叶IAA含量第3 d后呈降低趋势,绿原酸变化规律与之相同。通过NAA和NPA回补试验发现,打顶处理和NPA处理烟叶中内源IAA含量降低,POD和PPO活性升高,绿原酸含量降低;打顶+NAA处理烟叶中IAA含量升高,POD和PPO活性降低,绿原酸含量升高。与未打顶处理相比,其他几个处理PAL、4CL、C4H、C3H和HQT活性升高。综上所述,打顶后绿原酸含量与烟叶生长素含量变化密切相关,并受POD和PPO活性调控。
【图文】：

结构式,绿原酸,奎尼酸,烟草

图 1.1 绿原酸的结构式Fig.1.1 The structure of chlorogenic acid1.4 烟草绿原酸生物合成研究进展.4.1 烟草绿原酸生物合成途径绿原酸是咖啡酸与奎尼酸的反应产物。烟草中，绿原酸主要在叶片中合成（Z958）。目前，普遍认为绿原酸的生物合成主要有两条途径：第一条是在 HCT 的催-香豆酰奎尼酸，随后经 C3H 羟基化作用生绿原酸（Niggeweg et al，2005）（图二条是咖啡酰苷作物活性中间体与奎宁酸酯交换生产绿原酸（Villegas et al，198）。也有报道认为存在第三条可能的途径，即 HQT 催化咖啡酰辅酶 A 和奎尼酸通成绿原酸（Ulbrich et al，1979）（图 1.2，，3）。

技术路线图

技术路线图
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S572

【参考文献】