高维生素E甜玉米种质资源筛选及植物化学物抗氧化活性评价

发布时间：2020-05-26 13:53

【摘要】：甜玉米营养丰富,含有丰富的维生素E(VE)、多酚、黄酮等植物化学物,这些物质具有抗氧化、抗癌等生理活性功能。甜玉米遗传变异丰富,目前有关甜玉米中维生素E的变异分布、维生素E遗传基础研究、籽粒发育过程中VE动态积累、植物化学物抗氧化活性的研究数据较少。因此,本文以甜玉米为研究对象,对甜玉米种质资源中VE的变异情况,结合全基因组关联分析筛选VE合成基因。此外对甜玉米籽粒发育过程VE代谢合成变化,及不同甜玉米材料中植物化学物及抗氧化活性进行了探究,以期为甜玉米VE营养强化提供数据支持,方便育种工作者培育出高营养品质的甜玉米品种。本课题主要研究结果如下:(1)2015年176份和2016年190份甜玉米种质资源籽粒维生素E含量测定结果表明甜玉米籽粒中含有7种VE组分,其中64%为γ-型维生素E,28%为α-型维生素E,6.5%为δ-型维生素E,1.5%的β-型维生素E。两年测定结果均显示这批甜玉米材料之间的维生素E含量变异范围大,2015年总VE含量变异范围2.43~75.45μg/g,鲜重,2016年总VE含量范围在7.2~37.75μg/g,鲜重。(2)比较甜玉米材料总VE含量高低,发现有5个甜玉米材料在两年VE测定结果均为高含量水平。此外有30个甜玉米材料总VE含量虽在中等水平,但两年结果无明显差异,可以对其遗传稳定性进行进一步的研究。(3)在2015年176份和2016年190份材料组成的关联群体中,利用覆盖全基因组的SNP(单核苷酸多态性)标记对甜玉米籽粒7种维生素E组分含量进行全基因组关联分析,结果显示仅在2016年关联到与VE合成相关的候选基因。在α-T的关联结果中检测出1个候选基因具有γ-生育酚甲基转移酶(VTE4/γ-TMT)的功能,直接参与VE的合成;δ-T的关联结果中,筛选出2个候选基因可能间接影响维生素E的合成。此外还检测到多个SNP位点与α-生育三烯酚(α-T3)、δ-生育三烯酚(δ-T3)相关,其中在α-T3的关联结果中发现有1个候选基因可能间接影响维生素E的合成。在与δ-T3的关联结果中,有1个候选基因影响植基焦磷酸的代谢,从而影响维生素E合成底物的含量。(4)对甜玉米籽粒发育过程中维生素E含量的动态积累过程的探究发现,在授粉后10-30天内,籽粒中维生素E合成酶尿黑酸植基转移酶(HPT)和生育酚环化酶(TC)的基因表达量是增加的,同时维生素E各异构体含量也持续增加。γ-TMT的基因表达量逐渐下降,发育后期达到稳定,α-生育三烯酚/γ-生育三烯酚以及α-VE/γ-VE的比值变化情况与γ-TMT的表达量变化情况相似。此外,籽粒的脂质抗氧化活性随着籽粒发育而增加。结果表明维生素E关键合成酶基因的表达会影响维生素E各组分及其含量,籽粒中的抗氧化活性与维生素E的含量相关。综合考虑VE含量水平及食用口感,最适宜采收应在籽粒发育后期(25天左右)。(5)本文比较了5种不同基因型甜玉米中植物化学物组成及其抗氧化活性,结果显示甜玉米的植物化学物主要以结合态形式存在,结合态物质的抗氧化活性较高。甜玉米中酚类化合物以阿魏酸为主,其次是没食子酸和对香豆酸,且三种物质主要存在于结合态提取物中,而绿原酸和香草酸仅以游离态形式存在。其中基因型为SC-151的甜玉米,外观为橙色,颜色最深,其总酚和总黄酮含量最高,并且其总抗氧化活力(PSC值)也最高。
【图文】：

维生素E,维生素,脂溶性维生素,抗氧化功能

生素 E 活性指相对于 α-生育酚活性的百分比，nd 指未检测到结果，nm 指无图 1-1 各类维生素 E 结构及其活性[5,8]Figure 1-1 Structures and relative antioxidant activity of vitamin E E（Vitamin E, VE）最早是在 1922 年由 Evans 和 Bishop 发现，饮食生育因子，与老鼠的繁殖生育有关，因此被命名为“生育酚，维生素 E 的化学结构、生物活性、抗氧化活性及非抗氧化功能素 E 是一种脂溶性维生素，其结构是由一个芳香环和一条疏水性

生物合成途径,维生素E,植物,维生素

图 1-2 植物中维生素 E 的生物合成途径[9,36]Figure 1-2 The biosynthesis of vitamin E in plant1.2.3.2 维生素 E 合成代谢关键酶概括来说，维生素 E 合成所涉及到的关键酶主要包括 HPPD，HPT/VTE2，HGGT，TC/VTE1，MPBQ-MT/VTE3，γ-TMT/VTE4，植醇激酶（VTE5），植基单磷酸激酶（VTE6）。目前已经克隆出上述大部分关键酶基因，并通过转基因技术检测这些酶对植物维生素 E合成的作用。HPPD 是细胞质酶，在它的催化作用下 HPP 被氧化成 HGA，为维生素 E 合成提供芳香族前体。有研究发现在氧化胁迫环境下，HPPD 基因在大麦叶子中的表达水平会提高[57]。对一些植物如水稻、烟草、大豆种子中过表达 AtHPPD，发现生育三烯酚和生育酚的含量并没有显著的变化，只有 α-T 与 γ-T 的比值有显著提高[58-60]。这些结果表明单独表达 HPPD 基因并不能够使生育酚含量大幅增加。有趣的是，，当在植物体内共同导入AtHPPD 和 TYR1/TYRA 基因时，发现共表达这两个基因的植株，其生育三烯酚含量大大
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

【参考文献】