丹参伴生微生物组及其优势种调控丹参酮合成的机制研究
发布时间：2021-06-24 14:52
丹参是一种重要的根茎类药材,其主要药用成分丹参酮和丹酚酸的合成受到伴生微生物的调控。但是关于丹参种子和根系伴生微生物组的结构、装配规律的研究还鲜有报道,对伴生微生物组的优势种调控丹参次生代谢的研究还不够深入。因此,论文拟通过扩增子和宏基因组测序等分析技术,解析丹参种子核心微生物组,研究根系微生物组的结构、装配规律和种群动态,并比较紫花丹参与白花丹参根际和内生微生物组的结构差异与功能特征,同时利用无菌组培苗共培养体系研究部分优势种调控丹参酮合成的机制,为揭示微生物在丹参药材品质形成中的作用提供理论依据。主要研究结果如下:1.丹参种子核心微生物组的优势属主要包括泛菌属（Pantoea）和假单胞菌属（Pseudomonas）和链格孢属（Alternaria）,核心微生物组富集与萜类代谢相关的功能,是丹参次生代谢调控的基因储备库。2.丹参种子内生真菌草茎点霉（Phoma herbarum）D603具有产IAA、溶磷和产铁载体等活性,可以定殖于丹参根部细胞间隙或表面,促进其生长和根系发育,并通过刺激DXS、HMGR、GGPPS、CPS、KSL和CYP76AH1等关键基因的上调表达,促进丹参酮的合...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
丹参酮的生物合成途径(时敏等2018;Xuetal.2016;Rodriguez-Concepcionetal.2015;高伟等2015;宋经元等2013)
第二章丹参种子核心微生物组的结构与功能KQ-500DE超声波清洗器、德国Eppendorf公司Eppendorfresearchplus移液器、艾卡（广州）仪器设备有限公司IKAMS3basic振荡器、赛默飞世尔科技（中国）有限公司ThermoNANODROP2000核酸微量测定仪、赛默飞世尔科技（中国）有限公司MDF-382EN超低温冰箱、上海康雷分析仪器有限公司HealForceNW15UV纯水仪、上海博迅实业有限公司医疗设备厂Boxun超净工作台。2.3实验设计与方法2.3.1实验设置选取陕西省洛南县、商州区、铜川市、岚皋县，河南省渑池县、山西省芮城县和山东省莱芜市六个不同产地收集的紫花丹参种子7份，采集地区地里分布见图2.1。对七个不同地理来源的丹参种子利用IlluminaMiSeq平台进行细菌16SrRNA基因和真菌ITS2扩增子测序，然后分析了不同来源的种子共有的微生物类群（核心微生物组），再利用PICRUSt软件预测了丹参种子核心微生物组的细菌功能谱分析，并将丹参与玉米、豆类、水稻和豆类等作物中伴生微生物类群的重叠情况进行分析比较。图2.1丹参种子样本采集地的地理分布。DS1(DS1-LN，陕西省洛南县)，DS2(DS2-SZ，陕西省商州区)，DS3(DS3-TC，陕西省铜川市)，DS4(DS4-LG，陕西省岚皋县)，DS5(DS5-MC，河南省渑池县)，DS6(DS6-RC，山西省芮城市)，DS7(DS7-LW，山东省莱芜市)。Fig2.1GeographicdistributionofS.miltiorrhizaseedsSamplingsites.17
西北农林科技大学博士学位论文2.3.5核心微生物组的功能预测采用在线PICRUSt软件(http://picrust.github.io/picrust)预测丹参种子细菌核心微生物组的功能。按照平台要求修改序列数据文件格式，然后按照PICRUSt软件提供的方法进行功能预测。大致流程如下：种子细菌核心微生物组的OUTBIOM表被用作输入文件，对于丹参种子样品的Metagenome进行估算，而预测的基因分类的丰度用KEGG水平3进行分析(Langilleetal.2013)。用统计学方法对PICRUSt的结果用STAMP软件进行分析(Parksetal.2014)。采用在线FUNGuild数据库（http://www.stbates.org/guilds/app.php）解析丹参种子真菌微生物组的生态功能类别（guild）(Nguyenetal.2016)，仅选用置信水平为可能（probable）或很可能（highlyprobable）的OTUs及其功能类别。根据FUNGuild分析格式要求准备输入文件，利用在线分析获得guilds文件。然后根据Guild（功能亚类）利用GraphPadPrism8.0软件绘制功能亚类百分比柱状图，比较不同产地丹参种子真菌微生物组的生态功能差异。2.4实验结果与分析2.4.1不同来源种子的遗传多样性分析本研究中使用的7个不同产地的丹参种子的遗传多样性通过10个SSR标记（附表2.2）进行评估。根据SSR数据分析，个体数适合代表遗传多样性的品种水平。在群体水平上，不同等位基因（Na）和有效等位基因（Ne）的数量分别在2.80至4.10和2.21至3.28之间（均值分别为5.305和3.113），这表明不同产地的丹参之间存在等位基因差异，但不大显著。在群体遗传多样性参数中，Shannon信息指数（I）、观测杂合度（Ho）和预期杂合度（He）范围分别为0.86至1.24、0.63至0.85和0.53至0.66，图2.2不同产地丹参种子的SSR聚类分析图Fig2.2SSRclusteranalysisofS.miltiorrhizaseedsfromdifferenthabitats20
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于绝对丰度的植物根际微生物群落“扩增-选择”组装模型（英文）[J]. 王孝林,王明星,谢星光,郭思义,周云,张学斌,于楠,王二涛. Science Bulletin. 2020(12)
[2]中药微生态与中药道地性[J]. 何冬梅,王海,陈金龙,赖长江生,严铸云,黄璐琦. 中国中药杂志. 2020(02)
[3]基于高通量测序的紫花丹参与白花丹参根际细菌群落结构研究[J]. 蒋靖怡,王铁霖,池秀莲,吕朝耕,蒋待泉,王升,康传志,张燕,黄璐琦,郭兰萍,孙楷. 中国中药杂志. 2019(08)
[4]不同地区杜仲树皮内生真菌群落组成及生态功能结构的差异分析[J]. 杨娟,董醇波,陈万浩,梁建东,韩燕峰,梁宗琦. 中国中药杂志. 2019(06)
[5]檀香内生真菌多样性及其抗菌与促生特性的研究[J]. 刘军,刘艳明,徐在超,王卓娅,黄雅丽,邓祖军. 中国中药杂志. 2018(17)
[6]Root microbiota shift in rice correlates with resident time in the field and developmental stage[J]. Jingying Zhang,Na Zhang,Yong-Xin Liu,Xiaoning Zhang,Bin Hu,Yuan Qin,Haoran Xu,Hui Wang,Xiaoxuan Guo,Jingmei Qian,Wei Wang,Pengfan Zhang,Tao Jin,Chengcai Chu,Yang Bai. Science China（Life Sciences）. 2018(06)
[7]药用植物萜类化合物的生物合成与代谢调控研究进展[J]. 时敏,王瑶,周伟,花强,开国银. 中国科学:生命科学. 2018(04)
[8]西洋参根腐病发生与根际真菌群落变化关系研究[J]. 余妙,蒋景龙,任绪明,李丽,焦成瑾,杨玲娟,徐皓. 中国中药杂志. 2018(10)
[9]明党参及其土壤中矿质元素特征分析[J]. 王长林,郭巧生,程搏幸. 中国中药杂志. 2018(08)
[10]内生真菌枝孢属Cladosporium sp.对丹参生长和丹酚酸含量的影响[J]. 周丽思,唐坤,郭顺星. 菌物学报. 2018(01)
博士论文
[1]丹参转录因子bHLH7与MYB39互作调控酚酸类及丹参酮类物质代谢分子机制研究[D]. 邢丙聪.中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心) 2019
[2]内生真菌对丹参毛状根生长和次生代谢的影响及其分子机制[D]. 明乾良.第二军医大学 2014
[3]天山雪莲与其内生真菌相互作用的研究[D]. 武利勤.中国协和医科大学 2005
硕士论文
[1]野生丹参微生物资源及其对毛状根的诱导效应[D]. 尤红.浙江理工大学 2017
[2]丹参内生真菌D14和D38对丹参毛状根次生代谢的影响及其分子机制[D]. 李秀清.华东师范大学 2016
[3]矿质元素对丹参次生代谢物积累的影响与调控[D]. 韩名宇.浙江理工大学 2015
[4]丹参微生物的种群多样性及其生物诱导效应[D]. 杨随娟.浙江理工大学 2015
[5]丹参主产区丛枝菌根真菌多样性研究[D]. 黄文丽.成都中医药大学 2012
[6]川西高原药用植物内生放线菌的分离鉴定及抑菌活性研究[D]. 戚珊珊.四川农业大学 2011
[7]诱导子对丹参毛状根生长和丹参酮含量的影响[D]. 沈双.西北农林科技大学 2011
本文编号：3247306
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
丹参酮的生物合成途径(时敏等2018;Xuetal.2016;Rodriguez-Concepcionetal.2015;高伟等2015;宋经元等2013)
第二章丹参种子核心微生物组的结构与功能KQ-500DE超声波清洗器、德国Eppendorf公司Eppendorfresearchplus移液器、艾卡（广州）仪器设备有限公司IKAMS3basic振荡器、赛默飞世尔科技（中国）有限公司ThermoNANODROP2000核酸微量测定仪、赛默飞世尔科技（中国）有限公司MDF-382EN超低温冰箱、上海康雷分析仪器有限公司HealForceNW15UV纯水仪、上海博迅实业有限公司医疗设备厂Boxun超净工作台。2.3实验设计与方法2.3.1实验设置选取陕西省洛南县、商州区、铜川市、岚皋县，河南省渑池县、山西省芮城县和山东省莱芜市六个不同产地收集的紫花丹参种子7份，采集地区地里分布见图2.1。对七个不同地理来源的丹参种子利用IlluminaMiSeq平台进行细菌16SrRNA基因和真菌ITS2扩增子测序，然后分析了不同来源的种子共有的微生物类群（核心微生物组），再利用PICRUSt软件预测了丹参种子核心微生物组的细菌功能谱分析，并将丹参与玉米、豆类、水稻和豆类等作物中伴生微生物类群的重叠情况进行分析比较。图2.1丹参种子样本采集地的地理分布。DS1(DS1-LN，陕西省洛南县)，DS2(DS2-SZ，陕西省商州区)，DS3(DS3-TC，陕西省铜川市)，DS4(DS4-LG，陕西省岚皋县)，DS5(DS5-MC，河南省渑池县)，DS6(DS6-RC，山西省芮城市)，DS7(DS7-LW，山东省莱芜市)。Fig2.1GeographicdistributionofS.miltiorrhizaseedsSamplingsites.17
西北农林科技大学博士学位论文2.3.5核心微生物组的功能预测采用在线PICRUSt软件(http://picrust.github.io/picrust)预测丹参种子细菌核心微生物组的功能。按照平台要求修改序列数据文件格式，然后按照PICRUSt软件提供的方法进行功能预测。大致流程如下：种子细菌核心微生物组的OUTBIOM表被用作输入文件，对于丹参种子样品的Metagenome进行估算，而预测的基因分类的丰度用KEGG水平3进行分析(Langilleetal.2013)。用统计学方法对PICRUSt的结果用STAMP软件进行分析(Parksetal.2014)。采用在线FUNGuild数据库（http://www.stbates.org/guilds/app.php）解析丹参种子真菌微生物组的生态功能类别（guild）(Nguyenetal.2016)，仅选用置信水平为可能（probable）或很可能（highlyprobable）的OTUs及其功能类别。根据FUNGuild分析格式要求准备输入文件，利用在线分析获得guilds文件。然后根据Guild（功能亚类）利用GraphPadPrism8.0软件绘制功能亚类百分比柱状图，比较不同产地丹参种子真菌微生物组的生态功能差异。2.4实验结果与分析2.4.1不同来源种子的遗传多样性分析本研究中使用的7个不同产地的丹参种子的遗传多样性通过10个SSR标记（附表2.2）进行评估。根据SSR数据分析，个体数适合代表遗传多样性的品种水平。在群体水平上，不同等位基因（Na）和有效等位基因（Ne）的数量分别在2.80至4.10和2.21至3.28之间（均值分别为5.305和3.113），这表明不同产地的丹参之间存在等位基因差异，但不大显著。在群体遗传多样性参数中，Shannon信息指数（I）、观测杂合度（Ho）和预期杂合度（He）范围分别为0.86至1.24、0.63至0.85和0.53至0.66，图2.2不同产地丹参种子的SSR聚类分析图Fig2.2SSRclusteranalysisofS.miltiorrhizaseedsfromdifferenthabitats20
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于绝对丰度的植物根际微生物群落“扩增-选择”组装模型（英文）[J]. 王孝林,王明星,谢星光,郭思义,周云,张学斌,于楠,王二涛. Science Bulletin. 2020(12)
[2]中药微生态与中药道地性[J]. 何冬梅,王海,陈金龙,赖长江生,严铸云,黄璐琦. 中国中药杂志. 2020(02)
[3]基于高通量测序的紫花丹参与白花丹参根际细菌群落结构研究[J]. 蒋靖怡,王铁霖,池秀莲,吕朝耕,蒋待泉,王升,康传志,张燕,黄璐琦,郭兰萍,孙楷. 中国中药杂志. 2019(08)
[4]不同地区杜仲树皮内生真菌群落组成及生态功能结构的差异分析[J]. 杨娟,董醇波,陈万浩,梁建东,韩燕峰,梁宗琦. 中国中药杂志. 2019(06)
[5]檀香内生真菌多样性及其抗菌与促生特性的研究[J]. 刘军,刘艳明,徐在超,王卓娅,黄雅丽,邓祖军. 中国中药杂志. 2018(17)
[6]Root microbiota shift in rice correlates with resident time in the field and developmental stage[J]. Jingying Zhang,Na Zhang,Yong-Xin Liu,Xiaoning Zhang,Bin Hu,Yuan Qin,Haoran Xu,Hui Wang,Xiaoxuan Guo,Jingmei Qian,Wei Wang,Pengfan Zhang,Tao Jin,Chengcai Chu,Yang Bai. Science China（Life Sciences）. 2018(06)
[7]药用植物萜类化合物的生物合成与代谢调控研究进展[J]. 时敏,王瑶,周伟,花强,开国银. 中国科学:生命科学. 2018(04)
[8]西洋参根腐病发生与根际真菌群落变化关系研究[J]. 余妙,蒋景龙,任绪明,李丽,焦成瑾,杨玲娟,徐皓. 中国中药杂志. 2018(10)
[9]明党参及其土壤中矿质元素特征分析[J]. 王长林,郭巧生,程搏幸. 中国中药杂志. 2018(08)
[10]内生真菌枝孢属Cladosporium sp.对丹参生长和丹酚酸含量的影响[J]. 周丽思,唐坤,郭顺星. 菌物学报. 2018(01)
博士论文
[1]丹参转录因子bHLH7与MYB39互作调控酚酸类及丹参酮类物质代谢分子机制研究[D]. 邢丙聪.中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心) 2019
[2]内生真菌对丹参毛状根生长和次生代谢的影响及其分子机制[D]. 明乾良.第二军医大学 2014
[3]天山雪莲与其内生真菌相互作用的研究[D]. 武利勤.中国协和医科大学 2005
硕士论文
[1]野生丹参微生物资源及其对毛状根的诱导效应[D]. 尤红.浙江理工大学 2017
[2]丹参内生真菌D14和D38对丹参毛状根次生代谢的影响及其分子机制[D]. 李秀清.华东师范大学 2016
[3]矿质元素对丹参次生代谢物积累的影响与调控[D]. 韩名宇.浙江理工大学 2015
[4]丹参微生物的种群多样性及其生物诱导效应[D]. 杨随娟.浙江理工大学 2015
[5]丹参主产区丛枝菌根真菌多样性研究[D]. 黄文丽.成都中医药大学 2012
[6]川西高原药用植物内生放线菌的分离鉴定及抑菌活性研究[D]. 戚珊珊.四川农业大学 2011
[7]诱导子对丹参毛状根生长和丹参酮含量的影响[D]. 沈双.西北农林科技大学 2011
本文编号：3247306
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