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沉香倍半萜类成分生物合成及调控相关基因鉴定认领

被引量： 2

作者：

冉家栋

学位授予单位：

北京协和医学院

摘要：

沉香是我国传统名贵药材,瑞香科植物白木香Aquilaria sinensis(Lour.)Spreng是药材沉香的唯一植物来源,是我国特有的珍稀濒危植物。沉香倍半萜是沉香的主要药效成分,健康的白木香木材不能产生沉香倍半萜,白木香树体只有受到物理、化学伤害及真菌侵染后才能够在伤口附近产生沉香倍半萜,最终形成沉香药材。然而伤害如何通过信号途径参与调控沉香沉香倍半萜合成的机制仍不清晰,因此本课题通过以下三个方面研究沉香倍半萜类成分的合成及调控机制,主要研究内容如下:1.沉香倍半萜合酶基因筛选与功能验证基于已发表的白木香基因组数据,对沉香萜类合酶基因家族成员进行了系统发育关系、染色体定位和基因启动子元件分析。共筛选获得了 46个编码萜类合酶的模型,其中氨基酸长度为350-860个的基因22个,结合前人发布的数据,共发现萜类合酶基因32个,其中新发现6个基因,被认定为倍半萜合酶的基因16个。对不同激素和过氧化氢处理24h的沉香悬浮细胞进行转录组数据分析,结果表明,AsTPS2、AsTPS3、AsTPS29、AsTPS10、AsTPS12基因在激素处理后表达量显著上调。本研究利用实时荧光定量PCR方法,检测不同激素处理24小时后AsTPS在悬浮细胞中的基因表达模式和48小时后该基因的表达模式,结果显示,AsTPS29、AsTPS3、ASS1在不同激素处理下均有高水平表达,AsTPS2在ABA、ET和MeSA处理上调,在MeJA处理下表达量无明显变化。从五年生白木香枝条伤害的过渡层中分离获得AsTPS2基因,并使其在大肠杆菌中异源表达,结果显示,AsTPS2蛋白可催化底物(FPP)生成α-葎草烯,并将该基因重新命名为AsHS1。2.沉香JAZ和WRKY家族成员的鉴定与互作机制茉莉酸(JAs)信号通路途径参与调控沉香沉香倍半萜合成。基于已发布的高质量沉香基因组,我们对白木香基因组中JA信号通路的TIFY和WRKY家族成员进行了研究。对白木香TIFY家族成员的研究包括系统发育关系、基因结构、基因染色体位置和基因启动子元件。基因结构和序列基序分析表明,AsTIFY基因也具有保守的TIFY内含子和Jas内含子。对以往发布的五年生白木香注射甲酸12个月后木材的转录组进行数据分析,结果表明,AsJAZ1、AsJAZ2、AsJAZ7/8、AsJAZ9、AsJAZ10和AsJAZ12在沉香中表达。采用实时荧光定量PCR方法检测不同激素处理1小时后AsJAZ在悬浮细胞中的基因表达模式和2小时后该基因的表达模式。AsJAZ4、AsJAZ9、AsJAZ10在不同激素处理下均有高水平表达,而AsJAZ1的表达水平则相反。AsJAZ12在MeJA和ET处理后上调,ABA和MeSA处理后下调。基于高质量的白木香基因组数据,我们研究分析了As WRKY基因的染色体位置和AsWRKY蛋白的系统发育关系。一些与拟南芥WRKY蛋白同源的AsWRKYs被发现并重新命名。初步的转录组数据分析显示,一些AsWRKY基因在沉香中特异性表达,或在悬浮细胞中受激素诱导上调。异源表达及纯化获得AsJAZ4和AsWRKY75n蛋白,为下一步研究JAZ与WRKY的互作机制奠定了基础。综上,本研究对白木香基因组中的萜类合酶基因、TIFY基因和WRKY基因进行了筛选鉴定,并分离验证了一种沉香倍半萜合酶基因的功能,发现了茉莉酸信号通路途径中JAZ蛋白通过与WRKY蛋白的相互作用调控下游基因的表达。本研究对沉香的基因组注释做出了重要贡献,为进一步研究茉莉酸介导的防御反应、沉香的形成机制和研发更高效通体结香技术奠定了理论基础。

摘要译文

关键词：

沉香; 倍半萜合酶; 生物合成; 调控机制

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

药学（专业学位）

导师：

张争

中图分类号：

R284.1[化学分析与鉴定]

学科分类号：

1005[中医学];100803[中药鉴定学];100804[中药化学];100805[中药分析学]

D O I：

10.27648/d.cnki.gzxhu.2022.000804