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《湖北中医药大学》 2017年
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基于转录组测序的紫外线促进鞘蕊苏有效成分isoforskolin合成机制研究

黄晓  
【摘要】:鞘蕊苏药材的植物名为毛喉鞘蕊花(Coleus forskohlii(Willd.)Briq.)系唇形科(Labiatae)鞘蕊花属(Coleus Lour.)植物,主产于印度、尼泊尔、巴基斯坦、斯里兰卡、缅甸、泰国等南亚国家;我国云南、福建、台湾等地亦有分布,被植物学家界定为珍稀植物。民间将该药材用于治疗哮喘、咳嗽等疾患,疗效显著,称为“神药”。现代科学研究表明,鞘蕊苏的有效成分半日花烷型二萜类化合物,我国产鞘蕊苏的有效成分为异佛司可林(isoforskolin),并将其定为指标性成分。鉴于鞘蕊苏独特药效作用,本实验室与湖北福人药业股份有限公司实施产学研结合,以鞘蕊苏为君药,配伍前胡、甘草组方,将其开发为“鞘蕊苏胶囊”中药新品种,获得生产批号(批件号:2011S00365)。为了解决鞘蕊苏胶囊产业化所需原料药材的供求问题,实验室与湖北福人药业股份有限公司合作,从云南会泽县引种鞘蕊苏至湖北通城县规范化种植。针对通城种植鞘蕊苏药材的主要二萜类成分isoforskolin含量偏低的问题,本论文对该药用植物二萜类成分的生物合成机制进行了研究,以期为通城种植鞘蕊苏培育优良种质;并进行了紫外线照射采收的鞘蕊苏药材,诱导其主要有效成分isoforskolin增加的生物合成机制研究,以期为促进种植鞘蕊苏主要有效成分的生物合成和积累提供科学依据,并为通过遗传改良手段培育鞘蕊苏优良种质提供基础,也为二萜化合物的代谢机制的深入研究提供重要信息。本研究的主要研究结果如下:1.基于Illumina HiSeq高通量测序的鞘蕊苏转录组分析以通城县种植基地的鞘蕊苏为试验材料,于10月下旬采集该药材的叶和根作为供试品,采用HiSeq技术进行转录组测序,获得36Gb转录组数据,拼接后得到422,761条高质量序列;对组装的Unigene基因进行预测,获得CDS序列和Protein序列;采用Trinity和TGICL的方法从头组装、序列拼接和去冗余处理,得到291,061个Unigene基因,平均长度629bp;将所得Unigene基因与Nr、Swiss-Prot、KEGG和COG公共蛋白数据库进行比对,140,228(48.19%)的unigene基因能够获得注释信息。将140,228个注释信息的unigene基因进行go和cog聚类分析及kegg代谢通路分析,86,578条unigene基因获得cog功能注释,被归类为25个功能分类;共有186,957条unigene基因获得go功能注释,被归入到49个go次级功能分类;共有6,616个unigene可以分配到261个代谢通路。因此,本项研究为鞘蕊苏有效成分的萜类合成酶基因克隆,序列分析及表达研究奠定了基础,并且根与叶中23个萜类差异基因则为传统育种和转基因育种的基因调控靶点提供了研究基础。2.基于高通量测序的鞘蕊苏萜类合成酶基因克隆、序列分析及表达研究在上述高通量基因测序研究基础上,从注释信息数据中挑选基因片段,采用race技术进行序列分析,获得三个萜类合成酶的全长cdna序列,并通过blast和蛋白序列分析。结果如下:(1)cfgcs基因全长2059bp,包含235bp的5’非编码区,1632bp的开放式阅读框(orf),192bp的3’非编码区,编码544个氨基酸;对蛋白理化性质进行预测,cfgcs相对分子质量为63690.84;等电点为5.23;分子式为c2868h4438n738o848s27。qpcr表明cfgcs在鞘蕊苏叶的表达量较高。(2)cfvps基因全长1874bp,包含116bp的5’非编码区,1647bp的orf,111bp的3’非编码区;cfvps相对分子质量为63608.40,等电点为5.06,分子式为c2859h4412n744o852s24。以cfvps为目标基因,构建表达载体pet28-cfvps,将构建好的表达载体于大肠杆菌中进行原核表达,32℃时诱导6h,菌液上清中有大量表达。cfvps参与植物单萜化合物合成,而鞘蕊苏叶片表面有丰富的腺毛分布,是单萜合成的主要场所,qpcr结果也表明cfvps在叶中的表达量最高。(3)cfgas基因全长1234bp,包含72bp的5’非编码区,993bp的orf,169bp的3’非编码区;cfgas相对分子质量为36895.20,等电点为6.37,分子式为c1672h2575n437o482s12。与山茶花、丹参、番薯零、大麻、烟草、碧冬茄、节节麦、小麦进行同源性比较,发现cfcps蛋白与丹参GA蛋白的亲缘关系比较近。同时通过Gateway的方法进行GAS过量表达重组载体构建,为后续发根农杆菌侵染提供实验基础。qPCR结果表明CfGAS参与赤霉素的合成,赤霉素是二萜类植物激素,在植物的整个生长过程中发挥着重要作用,在鞘蕊苏各个组织中均有分布。3.紫外线照射提高鞘蕊苏药材有效成分含量的分子机制研究本实验前期研究表明,通过紫外线照射鞘蕊苏药材能提高其二萜类有效成分的含量。基于上述鞘蕊苏高通量转录组研究所获萜类生物合成酶关键基因的启示,本论文进行了紫外线照射诱导鞘蕊苏二萜类成分生物合成机制研究。研究结果表明,紫外线照射能够有效提高鞘蕊苏药材根部isoforskolin含量,提高幅度高达53%。通过q PCR检测紫外照射鞘蕊苏后萜类生物基因表达水平,表明TPS1、TPS2、TPS3、TPS4、TPS14表达量明显受紫外线的诱导而升高,而TPS15、赤霉素合成酶和贝壳杉烯合成酶受紫外线诱导而降低。本研究为提高种植鞘蕊苏药材有效成分含量提供了科学依据,并为提高规范化种植中药材的资源品质探索了新途径。
【学位授予单位】:湖北中医药大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q946

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王身昌;胡尚连;曹颖;徐刚;;梁山慈竹高通量转录组测序及差异表达基因分析[J];华北农学报;2016年03期
2 马婧;成铁龙;孙灿岳;邓楠;史胜青;江泽平;;草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定[J];浙江农业学报;2016年04期
3 吴欣;沈和定;王冬凤;刘宸;杨铁柱;刁亚;;基于Illumina HiseqTM 2000高通量转录组测序的里氏拟石磺SSR标记开发[J];海洋科学;2015年11期
4 姜福星;杨丽娟;陈其兵;高顺;;泸定百合转录组测序与特性分析[J];西北林学院学报;2015年05期
5 唐亮;马香;周志钦;;植物萜类合成酶的进化研究[J];西南大学学报(自然科学版);2014年04期
6 吕远大;李坦;张晓林;赵涵;;利用玉米高通量RNA-Seq数据预测长链非编码RNA(LncRNA)[J];江苏农业学报;2013年06期
7 张媛;肖霞;张俊红;齐力旺;韩素英;;落叶松干细胞发育模型研究中的高通量测序技术[J];生物产业技术;2013年04期
8 王晓锋;何卫龙;蔡卫佳;阮倩倩;潘婷;季孔庶;;马尾松转录组测序和分析[J];分子植物育种;2013年03期
9 张文;郭跃伟;;中国南海软体动物及其食源生物的化学、化学生态学和生物活性研究[J];上海医药;2012年09期
10 郑洲翔;范燕萍;周纪刚;徐平;;植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原酶研究进展[J];安徽农业科学;2011年10期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝爱平;国会艳;薛巨坤;;31种药用植物HMGR蛋白的生物信息学分析[J];湖北农业科学;2017年14期
2 刘欣;史艳梅;王冬凤;沈和定;杨铁柱;李杰;李柏航;;瘤背石磺肌肉生长抑制素基因的克隆及组织表达分析[J];水产学报;2017年05期
3 梅利那;范付华;崔博文;文晓鹏;;基于马尾松转录组的SSR分子标记开发及种质鉴定[J];农业生物技术学报;2017年06期
4 姜福星;魏丕伟;吴生;江欣燕;施敬恬;陈其兵;;白花虎眼万年青叶上珠芽的转录组分析[J];分子植物育种;2017年02期
5 杜灵娟;陈凯利;刘雅莉;;葡萄风信子FLS1基因克隆及其表达与花色性状之间的关联性分析[J];西北林学院学报;2017年01期
6 宋菊;黄剑;李志栋;龙月红;邢朝斌;;多穗柯转录组分析及黄酮类化合物合成相关基因的挖掘[J];中国中药杂志;2017年04期
7 马颖瑞;龚一富;周静;刘浩;朱帅旗;王何瑜;;绿色杜氏藻香叶基焦磷酸合成酶基因(GPS)生物信息学与诱导表达分析[J];核农学报;2017年02期
8 肖靖译;朱永平;江周;贾茸;吴林鲜;余琨;徐玉峰;张应华;和凤美;;莲瓣兰花朵转录组及MADS基因家族挖掘[J];分子植物育种;2016年10期
9 陈春旭;李琦;郭元新;杜传来;丁志刚;;基于高通量测序的发芽苦荞转录组学研究[J];生物技术通报;2016年07期
10 安俊;郑彩霞;姚阳;陈彬丽;;油松胚珠转录组微卫星特征分析[J];北京林业大学学报;2016年05期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王冬凤;沈和定;吴欣;;石磺科3种贝类皮肤显微结构比较[J];动物学杂志;2015年03期
2 梁芳;蒋素华;王洁琼;袁秀云;崔波;;濒危植物太行菊组织培养及快繁技术研究[J];中国农学通报;2015年16期
3 孙变娜;沈和定;吴洪喜;姚理想;;4种石磺科贝类的胆甾醇含量测定[J];海洋科学;2015年01期
4 邓楠;史胜青;常二梅;刘建锋;兰倩;江泽平;;膜果麻黄种子不同发育时期的转录组测序分析[J];东北林业大学学报;2015年02期
5 邓楠;史胜青;常二梅;刘建锋;兰倩;江泽平;;基于中麻黄萌发种子转录组的黄酮类化合物合成途径基因的挖掘[J];林业科学研究;2014年06期
6 贾新平;孙晓波;邓衍明;梁丽建;叶晓青;;鸟巢蕨转录组高通量测序及分析[J];园艺学报;2014年11期
7 蒋弘刚;魏安智;杨途熙;代惠萍;;花椒茎尖节点转录组测序及基因注释[J];西北林学院学报;2014年06期
8 杨嫦丽;王有国;王祥宁;张艺萍;崔光芬;段青;贾文杰;杜文文;马璐琳;;镰刀菌诱导的泸定百合SSH文库构建及抗病相关基因筛选[J];西北植物学报;2014年11期
9 周娜;沈和定;陈诚;;基于线粒体COⅠ基因的中国沿海和泰国普吉岛里氏拟石磺群体遗传结构分析[J];水产学报;2014年01期
10 李玲莉;刘华敏;孔立生;韦冠吾;汤丽红;;利用生物反应器进行香水百合培养研究[J];西北林学院学报;2014年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 ;美科学家成功实现细菌蛋白质合成机制的遗传学改造[J];生物学教学;2012年03期
2 ;水稻phased small RNA合成机制研究取得新进展[J];遗传;2011年11期
3 任衍钢;樊广岳;;ATP研究历程[J];生物学通报;2010年12期
4 谢秋玲,郭勇,林剑,戴云,蒲含林;纳豆激酶的合成机制[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2001年03期
5 任立成;鲍时翔;;多聚酮的微生物合成及其多样性研究进展[J];微生物学通报;2007年01期
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 何德功;日本科学家发现胆固醇合成机制[N];新华每日电讯;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 黄晓;基于转录组测序的紫外线促进鞘蕊苏有效成分isoforskolin合成机制研究[D];湖北中医药大学;2017年
2 彭英云;γ-聚谷氨酸生产、合成机制和抗冷冻性的研究[D];江南大学;2015年
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