發(fā)布時間：2020-07-20 12:06

【摘要】：蓮(Nelumbo nucifera)是藥食兩用的重要經(jīng)濟作物。我國蓮資源豐富,栽培面積1000萬畝左右。生物堿是蓮中最有經(jīng)濟價值的生物活性組分,但我國蓮主栽品種葉片中生物堿含量普遍較低,研究蓮葉片生物堿合成遺傳機理,創(chuàng)制高生物堿含量的蓮新品種無疑有助于提高蓮附加值,促進我國蓮產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。為此,本研究對不同蓮品種葉片生物堿含量差異以及葉片不同發(fā)育階段生物堿積累特征進行了分析;選用生物堿含量差異顯著的蓮品種‘Luming’和‘WD40’,通過葉片比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究,發(fā)掘蓮葉片中生物合成途徑的結(jié)構(gòu)基因及重要調(diào)節(jié)基因,探討蓮生物堿的合成調(diào)控機理,為高生物堿含量蓮品種的培育提供理論依據(jù)和分子元件。主要結(jié)果如下:1.不同品種間蓮葉片生物堿組分與含量的特征分析采用高效液相色譜儀(HPLC)技術(shù)檢測了38份蓮品種葉片中的生物堿組分與含量,構(gòu)建了蓮品種葉片生物堿表型數(shù)據(jù)庫。蓮葉片主要積累芐基異喹啉生物堿(benzylisoquinoline alkaloids,BIAs),包含5種組分:番荔枝堿(anonaine)、O-去甲基荷葉堿(O-nornuciferine)、蓮堿(roemerine)、N-去甲基荷葉堿(N-nornuciferine)和荷葉堿(nuciferine)~([17,22]),其中荷葉堿是多數(shù)品種葉片中占據(jù)主導(dǎo)地位的生物堿。同時發(fā)現(xiàn)不同品種間葉片生物堿含量存在很大差異。對高BIAs的‘Luming’和低BIAs的‘WD40’兩個品種的葉片發(fā)育過程中生物堿積累動態(tài)變化進行分析,發(fā)現(xiàn)生物堿含量在葉片生長過程中呈現(xiàn)逐步增加的趨勢,但在葉片衰老時出現(xiàn)少量下降。此外,‘Luming’和‘WD40’葉片中兩個主要的生物堿BIAs組分荷葉堿和O-去甲基荷葉堿含量差異很大,但番荔枝堿、蓮堿和N-去甲基荷葉堿含量差異很小,且這三種生物堿在整個葉片發(fā)育過程中濃度都很低。2.蓮BIA的生物合成途徑及轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因的挖掘與功能分析至今鮮有關(guān)于蓮BIA生物合成和調(diào)控研究的報道。本研究選用‘Luming’和‘WD40’兩個栽培品種葉片為試材,通過葉片發(fā)育前期兩個階段的比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)等生物信息學(xué)分析,發(fā)掘了蓮BIA合成途徑的結(jié)構(gòu)基因,其中兩個串聯(lián)簇生的CYP80基因NnCYP80A和NnCYP80G發(fā)生了功能分化,可能分別參與阿樸啡類型芐基異喹啉生物堿(aporphine-type BIAs)和雙芐基異喹啉生物堿(bis-BIAs)的合成;同時發(fā)掘了5個生物堿合成調(diào)節(jié)基因,包含三個MYB基因(NnMYB12、NnMYB6和NnMYB113)、一個乙烯響應(yīng)因子NnRAV1和一個堿性螺旋-環(huán)-螺旋基因NnbHLH1。雙熒光素酶實驗結(jié)果表明,這些調(diào)節(jié)基因?qū)ι徤飰A合成結(jié)構(gòu)基因具有很好的激活作用,同時發(fā)現(xiàn)NnbHLH1與NnRAV1基因存在相互作用且對NnNCS1基因的啟動子具有強烈的激活能力�？傊�,上述研究揭示了蓮BIA生物合成途徑及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機理,這不僅對深入了解植物BIA生物合成具有重要的理論意義,而且能為創(chuàng)制蓮高生物堿新材料提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S682.32
【圖文】：

圖 1-1 蓮中三種類型生物堿的結(jié)構(gòu)示意圖[21]-1 中 a.單芐基異喹啉型生物堿；b.阿樸啡類型生物堿；c.雙芐基異喹啉型生物堿。Fig. 1-1 Schematic diagram of the structure of three types of alkaloids in lotus[21] 1-1 a. monobenzylisoquinoline-type; b. aporphine-type; c. bisbenzylisoquinoline-type,( bs).生物堿是蓮中最重要的活性成分之一[4]。自 20 世紀 60 年代首次從蓮的葉芽組織中分離出生物堿以來，已經(jīng)有超過了20個生物堿的種類被發(fā)現(xiàn)[16-2

圖 1-2 植物中 BIA 的共同前體的生物合成途徑[47]圖 1-2 中部分標注：酪氨酸；L-二羥基苯丙氨酸；酪氨酸/多巴脫羧酶；4-羥基苯乙醛；L-多巴胺；去甲烏藥堿合酶；(S)-去甲烏藥堿；去甲烏藥堿 6-O-甲基轉(zhuǎn)移酶；(S)-烏藥堿；(S)-烏藥堿 N-甲基轉(zhuǎn)移酶；(S)-N-甲基烏藥堿；(S)-N-甲基烏藥堿-3'-羥化酶基因；(S)-3'-羥化酶-N-甲基烏藥堿；3'-羥基-N-甲基烏藥堿 4'-O-甲基轉(zhuǎn)移酶；圖中虛線表示未知的反應(yīng)。Fig. 1-2 Biosynthetic pathway of the common precursor of BIA in plants[47]Fig. 1-2 annotations: L-tyrosine; L-dihydroxyphenylalanine, DOPA; tyrosine/dopadecarboxylase,TYDC; 4-hydroxyphenylacetaldehyde, 4-HPAA; L-dopamine; norcoclaurine synthase, NCS; (S)-norcoclaurine; norcoclaurine 6-O-methyltransferase, 6OMT; (S)-coclaurine; (S)-coclaurine N-methyltransferase, CNMT; (S)-N-methylcoclaurine; (S)-N-methylcoclaurine 3'-hydroxylase,CYP80B; (S)-3'-hydroxy-N-methylcoclaurine; 3 ′ -hydroxy-N-methylcoclaurine 4 ′ -O-methyltransferase, 4′OMT; (S)-reticuline; The dash line indicates unknown reaction.隨后，諸如內(nèi)部碳-碳，碳-氧-苯酚偶聯(lián)和官能團取代等各種附加反應(yīng)導(dǎo)致形成了不同類型的 BIAs。迄今為止，在 BIA 的生物合成途徑和生物合成的結(jié)構(gòu)多樣化的酶方面已經(jīng)做出了巨大的貢獻，如：嗎啡（morphine），黃連素（berberine）

計算總生物堿的含量并以單位 mg/g，鮮重（FW）表示。使用具有單因素方析（ANOVA）方法的 SPSS 軟件計算統(tǒng)計學(xué)顯著性，并且顯著性差異定義.05。2 結(jié)果與分析2.1 蓮葉中的生物堿組分分析與鑒定為了確定蓮品種中葉片的生物堿組分含量情況，我們通過高效液相色譜HPLC）測定蓮品種中生物堿含量組分情況，在所有蓮品種的葉片中，共鑒 5 個峰，峰 1-5 分別表示 N-去甲基荷葉堿、O-去甲基荷葉堿、番荔枝堿、荷和蓮堿五種生物堿類型，保留時間分別為：5.28min，8.46min，9.30min，1in 和 12.85 min；相關(guān) HPLC 液相峰圖顯示于圖 2-1。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2763421