五味子远缘嫁接及其提取物对2型糖尿病尿液代谢组学研究

发布时间：2020-07-31 15:34

【摘要】：五味子科(schisandraceae)分为五味子属(Schisandra Michx)和南五味子属(Kadsura Kaempf.ex.Juss)2个属,全世界约有60种。我国是五味子科植物资源最丰富的国家,约有29种,《中国药典》(2015版)分别收载五味子(Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.)的干燥成熟果实作为五味子入药,习称北五味子;华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd.et Wils)的干燥成熟果实作为南五味子入药。五味子科植物具有广泛的药理活性,尤其对木脂素和三萜类化合物的药效作用研究最为深入。研究发现:不同种属间五味子的木脂素含量差异较大。《中国药典》规定五味子的五味子醇甲含量不得少于0.40%,华中五味子的五味子酯甲含量不得少于0.20%。华中五味子中五味子酯甲、五味子甲素含量较高,但五味子醇甲、醇乙和五味子乙素的含量较低,并且总木脂素含量要低于五味子。由此可见,五味子科植物不同种属间从外部形态到内在的化合物成分及天然产物的生理活性等方面都存在很大差异。远缘嫁接是实现南种北移的技术手段之一,为在不同生境下对南五味子属植物研究提供基础条件。本文以五味子、华中五味子和长梗南五味子(Kadsura longipedunculata Fin.et Gagn.)为研究对象,分析了远缘嫁接对其光合生理、激素含量的影响,探讨了远缘嫁接对五味子木脂素合成途径及光合系统的影响,开展了五味子对2型糖尿病大鼠尿液代谢组学分析研究。(1)通过叶绿素荧光参数分析,揭示了远缘嫁接对南五味子光合效率的影响。结果表明:远缘嫁接使南五味子的实际光合效率、光化学淬灭及电子传递速率升高,说明五味子砧木向南五味子接穗传递的营养成分能够供给南五味子进行有效的光合作用,也加快了嫁接后南五味子有机物的积累。(2)通过对远缘嫁接后南五味子激素含量分析,揭示了远缘嫁接对南五味子适应性的影响。结果表明:远缘嫁接使南五味子接穗内的IAA、GA、ZR、ZR/IAA和ZR/ABA升高,ABA含量下降。IAA与GA的升高以及ABA的下降,说明嫁接利于南五味子的营养生长,使其生长势强于未嫁接的南五味子;ZR/IAA的升高表明嫁接苗的侧芽生长未受到抑制;ZR/ABA的升高表明植株长势较好;嫁接使利于营养生长和生长势加强的激素含量升高,说明嫁接使南五味子在北方的适应性增强。(3)通过差异蛋白质的通路分析,找到了与光合作用相关的代谢通路。结果表明:代谢通路中的差异蛋白质和基因在嫁接之后全部表达上调,使嫁接苗的光合性能强于未嫁接苗,进而使其生长势加强。这与之前将南五味子嫁接在五味子之后引起的实际光合效率和光合电子传递速率升高结果相一致,同时也与内源激素含量变化所说明的嫁接苗生长势较好的结果一致。(4)通过iTRAQ蛋白质组分析远缘嫁接对木脂素合成相关蛋白质的影响,找到了与木脂素合成相关的上游调控基因和蛋白质。结果表明:β-葡糖苷酶、肉桂醇脱氢酶、过氧化物酶、松柏醛-醛脱氢酶的表达下调,有助于通路中香豆酸、香豆醛及松柏醇的积累,而这些物质的积累有助于合成多种结构的木脂素类成分,但有关木脂素合成的下游基因还有待于进一步挖掘和验证。(5)采用UPLC-Q-TOF-MS结合PCA分析手段,进行了五味子治疗糖尿病并发症大鼠尿液代谢组学研究,对五味子治疗糖尿病并发症大鼠的尿液生物标记物进行了研究。尿液中共鉴定出28种生物标记物,其中正离子模式13种,负离子模式16种。这些生物标记物主要影响戊糖和葡糖醛酸相互转化通路、核黄素代谢、泛酸和CoA合成、精氨酸和脯氨酸代谢、肠内菌代谢、嘌呤代谢、Vc代谢胆酸合成、色氨酸代谢等通路,五味子从能量代谢、肠内菌代谢、脂类代谢、氨基酸代谢等各个角度发挥治疗糖尿病并发症的作用。从各个通路的相关生物功能分析,五味子治疗糖尿病肾病的作用较强,此外还具有降脂、抗氧化损伤等功效。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S567.19;R285
【图文】：

松柏醇,生物合成途径

松柏醇的生物合成途径[114]

木脂素,糖苷,生物合成途径

9图4.2 木脂素及其糖苷的生物合成途径[114]Fig. 4.2 Biosynthetic pathways of lignans and their glycosides木脂素存在于多种药用植物中，目前已经确定了鬼臼毒素的生物合成主要基因，但有些基因还不能确定，合成途径尚不完整。克隆和鉴定木脂素途径中的未知基因、发现新的合成途径是未来的一个重要研究方向，现在对木脂素的研究尚处于起步阶段，五味子木脂素的生物合成研究鲜见报道。3.2 木脂素的合成植物次生代谢工程 (plant metabolie engineering)是利用基因工程和分子生物学方法阐明植物次生代谢产物生源合成的机制，了解清楚代谢途径和相关酶的信息，对控制生源合成路径的基因进行调控，克服路径中的限速步骤，抑制竞争路径，或者减少分解代谢，从而达到在分子水平上改造代谢途径，促进目标产物的定向合成，提高植物中特定化合物产量的目的。通过植物次生代谢工程的手段提高目标化合物的产量具有成本低、不易造成环境污染、可持续等优势，己成为植物生物技术发展的一个新的研究方向。研究木脂素类化合物的生源合成途径及调控反应的关键酶是运用植物次生代谢工程提高木脂素含量的基础和前提。不同种属间五味子在木脂素含量和种类上的差异使其成为研究五味子类木脂素生源合成途径的绝佳材料。随着组学技术不断发展

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12图 5.1 代谢组学相关论文数量增长趋势ig. 5.1 Metabonomics a trend of increase in the number of related pape

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