基于同位素标记L-酪氨酸研究博落回中血根碱生源合成途径

发布时间：2020-07-17 04:56

【摘要】：本研究基于LC-Q/TOF MS和自建生物碱类化合物数据库建立快速鉴定博落回中生物碱类化合物的定性分析方法,利用饲喂~(13)C同位素标记前体的方法,对博落回物种中血根碱生源合成途径进行了探索和验证,并发现博落回物种中可能存在血根碱生源合成新旁路。同时基于LC-QQQ MS/MS建立检测血根碱和白屈菜红碱生源途径中21个前体、中间体和终产物的定量分析方法,并对博落回不同器官中的这些代谢物进行代谢轮廓分析。得到以下结果:1.通过建立的LC-Q/TOF MS定性分析方法,在博落回不同器官中总找到700多个特征离子峰,采用数据库和MS/MS质谱裂解规律鉴定了58个特征离子峰为生物碱,其中30个生物碱通过对照品得以确认,19个生物碱为已报道的血根碱和白屈菜红碱生源合成途径中的前体化合物,此外(s)-norlaudanosoline、(s)-6-O-methylnorlaudanosoline、(s)-norreticuline 3个化合物首次在高等植物中发现。2.采用LC-QQQ MS/MS定量分析方法研究博落回中血根碱和白屈菜红碱生源合成途径中的中间代谢产物在不同器官中的量化表征,结果表明这些中间代谢产物在博落回不同器官中的分布均存在显著性差异,博落回中主要生物碱为苯并菲啶类生物碱血根碱(SAN)、白屈菜红碱(CHE)和普洛托品类生物碱原阿片碱(PRO)和别隐品碱(ALL)、其次为四氢小檗碱类生物碱N-methylstylopine(cp14)和N-methylcanadine(cp21)。PRO和ALL分别为SAN和CHE的间接前体,是博落回中累积量最高的生物碱,主要分布在根中,含量最高累积量接近30 mg/g,为花、叶和果实累积量的1.5~2倍。cp14和cp21分别为PRO和ALL生源合成的直接前体,主要累积在花和果实中,最高含量接近5 mg/g。其他中间代谢物累积量虽然相对较低,但在不同器官中的分布同样存在组织特异性。将这些中间代谢物在博落回不同器官中的组织特异性分布规律与博落回不同器官的转录组表达数据进行整合分析,对挖掘血根碱和白屈菜红碱生源合成途径中的功能基因提供重要指导~([119])。此外,本研究首次在高等植物中对(s)-norlaudanosoline、(s)-6-O-methylnorlaudanosoline、(s)-norreticuline进行准确定量分析,结合本课题关于博落回基因组、转录组和酵母异源表达研究认为博落回植物中可能存在(s)-norlaudanosoline—(s)-6-O-methylnorlaudanosoline—(s)-norreticuline—(s)-reticuline的代谢途径~([119])。3.构建了以[ring-~(13)C_6]-tyrosine作为饲喂前体的稳定性同位素示踪方法,根据~(13)C同位素标记化合物与非同位素标记化合物之间保留时间一致和精确质量数相差6.0204Da的特征筛选出179个~(13)C同位素标记化合物,通过自建生物碱数据库进行比对,鉴定了44个化合物,其中20个13C同位素标记化合物为已报道罂粟中血根碱和白屈菜红碱生源合成的前体或中间代谢物,通过同位素示踪酪氨酸在博落回植株中的代谢流,证实了博落回中存在已报道的通过罂粟、花菱草等多物种已确证的血根碱生源合成途径;另外,根据~(13)C同位素标记化合物的结构特征和已有生源合成途径,对博落回血根碱生源合成途径进行新的演绎和推测,发现博落回中可能还存在血根碱生源合成新旁路,即从scoulerine—N-methylscoulerine—N-methylcheilanthifoline—N-methylstylopine—protopine。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R284
【图文】：

四氢小檗碱,湖南农业大学,博士学位论文,甲基

湖南农业大学博士学位论文图2-2 N-甲基刺罂粟碱（5）、N-甲基四氢小檗碱（6）的化学合成路线图Figure 2-2 Synthesis of (s)-N-methylstylopine (5) and N-methlycanadine (6)

中间代谢物,四氢小檗碱,甲基

图2-2 N-甲基刺罂粟碱（5）、N-甲基四氢小檗碱（6）的化学合成路线图Figure 2-2 Synthesis of (s)-N-methylstylopine (5) and N-methlycanadine (6)图2-3乌药碱（6）和氮甲基乌药碱（9）的化学合成路线图Figure 2-3 Synthesis of ((s)-coclaurine (6) and (s)-N-Methylcoclaurine (9)

异喹啉类生物碱

图2-6八类异喹啉类生物碱（Ⅰ Ⅷ）Figure 2-6 Eight types of isoquinoline alkaloids (Ⅰ Ⅷ)根据第一和第二类生物碱的结构可知母离子容易发生中性丢失丢掉 NH(CH3)2、NH2CH3或 NH3形成 [M-45]+, [M+H-31]+或 [M+H-17]+形式的产物离子。第一类生物碱，骨架易发生断裂，产物离子 m/z 大部分小于 200 Da，第二类生物碱由于存苯环和六元环的共轭结构，骨架较难断裂，产物离子多为取代基的丢失而形成，产物离子m/z 大部分大于 200Da[115]；图 2-9e 为 cp10 标准品的二级质谱图，主要产物离子都小于 200 符合以上特征。化合物 cp50，根据其在二级质谱图中母离子的精确分子量 m330.1642 ([M]+)(图 2-9j )，计算分子式为 C19H24NO4+。在二级质谱图中，母离子与产物离子 m/z 285.1055 (C17H17O4+) 之间相差一个中性分子 NH(CH3)2(45 Da)，并且另外两个主要的碎片离子 m/z 123.0414 和 175.0724 均小于 200 Da(图 2-9j)。因此，推测化合物 cp50 为第一类生物碱。化合物 cp50 通过 β 裂解形成的产物离子 m/z 123.0414（元素组成为 C7H7O2+），暗示 C 环上存在 2 个羟基。根据异喹啉类生物碱的生源合成途径将羟基定位于 3’和 4’位。α 裂解产生的碎片离子 175.0747 (C11H11O2+) 则表明 A 环上存

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