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参与白木香2-苯乙基色酮生物合成和调控的AsPKS3和AsMAPK1的生物学功能研究
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要：
白木香(Aquilariasinensis)为瑞香科沉香属植物,白木香树木受到伤害或真菌侵染时形成的含有特殊香味的树脂,称为沉香。沉香是我国传统名贵中药材,具有行气止痛、温中止呕、纳气平喘等功效,同时也是名贵的香料。目前,关于白木香受到刺激形成沉香的机制尚不清楚。2-(2-苯乙基)色酮是沉香的主要化学成分和特征性成分,也是白木香特殊的防御物质。因此揭示2-(2-苯乙基)色酮生物合成过程和调控机制有利于进一步阐明白木香结香机制。Ⅲ型聚酮合成酶在植物次生代谢产物的生物合成和植物防御反应中起到重要作用,课题组前期实验结果证明AsPKS3是2-(2-苯乙基)色酮生物合成关键酶,但是关于AsPKS3的生物学功能尚未揭示。MAPKs蛋白激酶能够调控植物防御反应物质和次生代谢产物的生物合成,并在植物生长发育、激素信号转导和植物防御反应中起到重要的作用。因此本课题主要研究AsPKS3的生物学功能、AsMAPK1与2-(2-苯乙基)色酮生物合成的相关性和AsMAPK1的生物学功能。 亚细胞定位结果表明AsPKS3定位于细胞质和细胞壁中。在本生烟中过表达AsPKS3,将3个过表达株系和野生型株系进行转录组测序,测序结果表明3个过表达株系与野生型株系相比共同差异表达基因数目为295个,其中92个基因上调,203个基因下调。具体分析结果表明过表达AsPKS3能够使聚酮和聚糖合成途径的基因发生变化,也能够使转录因子、热激蛋白、叶绿素脂钙蛋白、MAPKs等家族基因发生变化,说明AsPKS3可能参与植物在生物和非生物胁迫的响应及激素信号转导。将白木香愈伤组织分别进行非生物胁迫和外源激素处理,发现盐、干旱和ABA能够诱导愈伤组织中AsPKS3的表达。过表达AsPKS3能够提高植株抗盐、抗旱能力和外源ABA的耐受性。根据转录组数据选取可能参与盐、干旱胁迫的3个上调基因及与ABA相关的bZIP基因,实时荧光定量PCR结果表明,盐和干旱胁迫下,过表达AsPKS3植株中3个基因的表达量远高于野生型;ABA处理下过表达AsPKS3植株的bZIP的表达量显著低于野生型。因此AsPKS3在植物防御反应和ABA信号转导方面起到重要的作用。 利用MAPK级联信号通路抑制剂PD98059处理盐胁迫的白木香愈伤组织,实验结果表明PD98059显著降低盐诱导的2-(2-苯乙基)色酮的积累,说明MAPKs参与调控2-(2-苯乙基)的生物合成。利用RT-PCR结合RACE技术,首次从白木香愈伤组织中克隆得到一条全长1053 bp的AsMAPK1基因。实时荧光定量PCR结果表明AsMAPK1在盐胁迫下表达量上升,同时PD98059抑制AsMAPK1的表达,在白木香悬浮细胞中过表达AsMAPK1能够显著提高2-(2-苯乙基)色酮生物合成关键酶AsPKS3基因的表达量,因此AsMAPK1参与调控2-(2-苯乙基)色酮的生物合成。农杆菌注射瞬时表达实验表明,AsMAPK1定位于细胞核和细胞壁。在本生烟中过表达AsMAPK1能够使植株矮小,叶和花过早凋亡,不能结种。将过表达AsMAPK1植株和野生型本生烟相同位置叶片进行转录组测序分析,实验结果表明,过表达植株中的基因与野生型植株中的基因表达量相比,共有326个基因表达量上调,1388个基因下调。对差异基因分析表明,过表达AsMAPK1能够调控37条乙烯反应转录因子、21条WRKY转录因子、10个热激蛋白家族基因及16个生长素途径相关基因的表达,因此AsMAPK1可能主要通过调控这些基因从而调控植株生长发育,叶片和花的过早凋亡。
关
键
词：
白木香; 沉香; 促丝裂原活化蛋白激酶; 生物学功能; 2-(2-苯乙基)色酮; Ⅲ型聚酮合成酶
学
位
年
度：
2019
学
位
类
型：
硕士
学
科
专
业：
中药化学
导
师：
中
图
分
类
号：
S567.1[木本⑨];Q943.2[植物基因工程]
学
科
分
类
号：
100810[分子生药学];090102[作物遗传育种];090103[种子科学与技术]
D
O
I：
10.26973/d.cnki.gbjzu.2019.000336
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