本文關(guān)鍵詞：葡萄糖和植物激素協(xié)同調(diào)控十字花科植物中芥子油苷生物合成的機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：芥子油苷(Glucosinolate, GS)及其降解產(chǎn)物不僅是十字花科蔬菜獨特風味的來源,也在降低癌癥發(fā)生率及植物的防衛(wèi)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。模式植物擬南芥由于富含芥子油苷而成為研究芥子油苷代謝網(wǎng)絡(luò)的最佳材料；蕓薹屬蔬菜芽菜也因其生長周期短、培養(yǎng)環(huán)境容易控制和營養(yǎng)價值高等特點,逐漸成為研究蔬菜中芥子油苷代謝調(diào)控的良好體系。近年來,擬南芥中芥子油苷生物合成的途徑已經(jīng)闡明,其代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是當下的研究熱點,而蕓薹屬蔬菜中芥子油苷的合成路徑也正在被逐步解析。葡萄糖不僅為植物的生長發(fā)育提供基礎(chǔ)的能量,同時也作為信號分子調(diào)控生命進程。本文以擬南芥為材料,研究了葡萄糖信號調(diào)控脂肪類和吲哚類芥子油苷合成的機制,分析了此過程中葡萄糖對初生硫代謝的影響,以及葡萄糖與脫落酸在調(diào)控芥子油苷合成中的相互作用。此外,在擬南芥中已開展的關(guān)于葡萄糖和植物激素互作調(diào)控芥子油苷合成的系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上,本文以中國特產(chǎn)的蕓薹屬蔬菜芥藍芽菜為材料,研究了葡萄糖和植物激素復合處理在調(diào)控芥子油苷積累中的功能,以及對類胡蘿卜素、花青素、總多酚、維生素C和抗氧化活力等品質(zhì)的影響,探索能顯著提高芥子油苷含量等品質(zhì)的葡萄糖和激素處理組合,以期為蕓薹屬蔬菜芽菜的品質(zhì)改良提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。研究取得的主要結(jié)果如下： 1、葡萄糖促進脂肪類和吲哚類芥子油苷的生物合成。以葡萄糖信號轉(zhuǎn)導和芥子油苷生物合成相關(guān)突變體為材料,研究了葡萄糖對芥子油苷合成的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)葡萄糖依賴受體HXK1通過誘導MYB轉(zhuǎn)錄因子(主要是MYB28和MYB34)調(diào)節(jié)相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的表達,從而影響芥子油苷的合成。并且,葡萄糖處理可以誘導硫代謝相關(guān)基因的表達,促進半胱氨酸和谷胱甘肽等硫醇類初生代謝產(chǎn)物的合成,說明葡萄糖通過增強硫同化從而促進芥子油苷的積累,而不是簡單的影響硫在初生代謝和次生代謝途徑中的分配。此外,葡萄糖信號轉(zhuǎn)導元件ABI5參與芥子油苷的合成過程,但是僅僅影響葡萄糖對脂肪類芥子油苷合成的調(diào)控,與葡萄糖對吲哚類芥子油苷合成的調(diào)控作用無關(guān)。然而,ABI5與吲哚類MYBs在酵母中存在相互作用,說明,ABI5可能通過與吲哚類MYBs互作調(diào)控吲哚類芥子油苷的合成。 2、葡萄糖與ABA協(xié)同調(diào)控芥子油苷的生物合成.通過分析脫落酸(Abscisicacid, ABA)合成突變體aba2-1在葡萄糖處理前后芥子油苷含量的變化,發(fā)現(xiàn)ABA合成缺失并不會削弱葡萄糖對芥子油苷合成的誘導作用,說明葡萄糖對芥子油苷的調(diào)控作用是不嚴格依賴于內(nèi)源ABA的。ABA外源添加實驗證實ABA可以誘導MYBs的基因表達,增加芥子油苷的積累；并且,信號轉(zhuǎn)導元件ABI5也參與了ABA對芥子油苷合成的調(diào)控。值得注意的是,ABA對4-甲硫丁基芥子油苷(4-methylthiobutyl GS,4MTB)的合成有顯著的抑制作用,說明ABA可能是促進了4MTB向4-甲基亞磺酰丁基芥子油苷(4-methyl sulphinylbutyl GS,4MSOB,抗癌活性最強的天然化合物“蘿卜硫素”的前體)的轉(zhuǎn)化,預示了ABA對于芥子油苷的調(diào)控具有非常重要的潛在應(yīng)用價值。葡萄糖與ABA共同處理對芥子油苷積累的促進作用遠遠大于二者簡單的疊加效應(yīng),說明葡萄糖和ABA可以協(xié)同調(diào)控芥子油苷的合成。此外,HXK1的缺失并不影響ABA對芥子油苷合成的促進作用,證明ABA對芥子油苷的調(diào)控是不依賴于HXK1的,其作用于HXK1的下游或者與之平行,這也預示了葡萄糖與ABA是通過不同的路徑調(diào)控芥子油苷的合成的。 3、葡萄糖和JA協(xié)同促進芥藍芽菜中特定芥子油苷的合成。3%的葡萄糖和5μM茉莉酸(Jasmonic acid, JA)單獨或者共同處理芥藍芽菜后分析植株的干重和鮮重,發(fā)現(xiàn)各種處理對芥藍芽菜的生物量均不會造成明顯的影響。JA與葡萄糖共同處理時顯著提高了芥藍芽菜中3-甲基亞磺酰丙基芥子油苷(Glucoiberin, GIB)和蘿卜硫苷(Glucoraphanin, GRA)的含量,與對照相比分別增加了63%和52%。這兩種芥子油苷的降解產(chǎn)物具有較強的抗癌活性,并且,GRA的降解產(chǎn)物蘿卜硫素是抗癌活性最強的天然化合物。此外,葡萄糖和JA共同處理還能顯著提高具有廣譜抗真菌活性的吲哚類芥子油苷4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷(4-methoxy Glucobrassicin,4-OMGBS)的含量。與此同時,花青素的含量得到顯著的提升。因此,JA和葡萄糖復合處理不失為一種改良蕓薹屬蔬菜芽菜品質(zhì)和抗性的有效化學調(diào)控手段。 4、葡萄糖與GA協(xié)同促進芥藍芽菜中總芥子油苷的積累。3%的葡萄糖和5μM赤霉素(Gibberellin, GA)單獨或者共同處理芥藍芽菜時,不會明顯影響芥藍芽菜的生長。5μM GA單獨處理對芥藍芽菜中幾乎所有脂肪類和吲哚類芥子油苷的合成都沒有顯著的影響,但是,與葡萄糖共同處理時可以促進多種脂肪類芥子油苷(如2-羥基-3-丁烯基芥子油苷、2-丙烯基芥子油苷、3-丁烯基芥子油苷、4-甲硫丁基芥子油苷和2-羥基-4-戊烯基芥子油苷)以及吲哚類芥子油苷1-甲氧-吲哚-3-甲基芥子油苷的積累,與對照相比分別提高了43%、54%、56%、23%、43%和44%,并且總芥子油苷的含量與對照相比也顯著得到提升。此外,二者共同處理可以顯著提高芥藍芽菜中總多酚的含量以及總抗氧化能力。因而,GA和葡萄糖復合處理可以作為一種調(diào)控蕓薹屬蔬菜品質(zhì)的安全有效的方式。
【關(guān)鍵詞】：芥子油苷 葡萄糖 硫代謝 初生代謝 次生代謝 脫落酸 茉莉酸 赤霉素 芥藍芽菜
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q946
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-11
• 英文縮略詞11-17
• 1 緒論17-37
• 1.1 葡萄糖信號轉(zhuǎn)導途徑研究進展17-21
• 1.1.1 葡萄糖調(diào)控的重要調(diào)節(jié)因子17-18
• 1.1.2 葡萄糖信號與植物激素的關(guān)系18-21
• 1.2 芥子油苷的代謝與功能21-29
• 1.2.1 芥子油苷的生物合成21-25
• 1.2.2 芥子油苷的降解25-26
• 1.2.3 芥子油苷的生物學功能26-29
• 1.3 芥子油苷生物合成的調(diào)控29-33
• 1.3.1 芥子油苷生物合成的調(diào)節(jié)基因29-31
• 1.3.2 植物激素與芥子油苷合成的關(guān)系31-32
• 1.3.3 初生硫代謝與芥子油苷合成的關(guān)系32-33
• 1.4 蕓薹屬蔬菜芽菜中芥子油苷合成調(diào)控的研究進展33-35
• 1.5 本研究的立題依據(jù)和研究目標35-37
• 2 葡萄糖信號正向調(diào)控擬南芥中脂肪類芥子油苷的生物合成37-53
• 2.1 引言37-38
• 2.2 材料與方法38-40
• 2.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法38
• 2.2.1.1 實驗材料38
• 2.2.1.2 材料培養(yǎng)方法38
• 2.2.2 材料處理方法38-39
• 2.2.3 實驗方法39-40
• 2.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析39
• 2.2.3.2 RNA的提取和表達分析39-40
• 2.2.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析40
• 2.3 結(jié)果與分析40-50
• 2.3.1 葡萄糖對擬南芥中脂肪類芥子油苷合成的影響40-46
• 2.3.2 葡萄糖對脂肪類芥子油苷生物合成相關(guān)基因表達的影響46-47
• 2.3.3 葡萄糖對脂肪類MYB突變體中脂肪類芥子油苷合成的影響47
• 2.3.4 HXK1在葡萄糖調(diào)控的脂肪類芥子油苷合成過程中的作用47
• 2.3.5 ABI5在葡萄糖調(diào)控的脂肪類芥子油苷合成過程中的作用47-50
• 2.4 討論與小結(jié)50-53
• 3 葡萄糖信號正向調(diào)控擬南芥中吲哚類芥子油苷的生物合成53-67
• 3.1 引言53
• 3.2 材料與方法53-55
• 3.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法53-54
• 3.2.1.1 實驗材料53-54
• 3.2.1.2 材料培養(yǎng)方法54
• 3.2.2 材料處理方法54
• 3.2.3 實驗方法54-55
• 3.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析54
• 3.2.3.2 RNA的提取和表達分析54
• 3.2.3.3 酵母雙雜交54-55
• 3.2.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析55
• 3.3 結(jié)果與分析55-65
• 3.3.1 葡萄糖對擬南芥中吲哚類芥子油苷合成的影響55-59
• 3.3.2 葡萄糖對吲哚類芥子油苷生物合成相關(guān)基因表達的影響59-60
• 3.3.3 葡萄糖對吲哚類MYB突變體中吲哚類芥子油苷合成的影響60-61
• 3.3.4 HXK1在葡萄糖調(diào)控的吲哚類芥子油苷合成過程中的作用61-62
• 3.3.5 ABI5在葡萄糖調(diào)控的吲哚類芥子油苷合成過程中的作用62-65
• 3.4 討論與小結(jié)65-67
• 4 葡萄糖對初生硫代謝的影響及其與芥子油苷合成的關(guān)系67-81
• 4.1 引言67-68
• 4.2 材料與方法68-70
• 4.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法68
• 4.2.1.1 實驗材料68
• 4.2.1.2 材料培養(yǎng)方法68
• 4.2.2 材料處理方法68-69
• 4.2.3 實驗方法69-70
• 4.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析69
• 4.2.3.2 RNA的提取和表達分析69
• 4.2.3.3 硫醇類物質(zhì)的提取和分析69-70
• 4.2.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析70
• 4.3 結(jié)果與分析70-77
• 4.3.1 葡萄糖對硫代謝相關(guān)基因表達的影響70-72
• 4.3.2 不同濃度硫酸鹽培養(yǎng)條件下葡萄糖對硫代謝相關(guān)基因表達的影響72-74
• 4.3.3 不同濃度硫酸鹽培養(yǎng)條件下葡萄糖對MYBs基因表達的影響74-75
• 4.3.4 不同濃度硫酸鹽培養(yǎng)條件下葡萄糖對芥子油苷合成的影響75-77
• 4.3.5 不同濃度硫酸鹽培養(yǎng)條件下葡萄糖對初生硫代謝產(chǎn)物積累的影響77
• 4.4 討論與小結(jié)77-81
• 5 葡萄糖與ABA協(xié)同調(diào)控芥子油苷的生物合成81-91
• 5.1 引言81-82
• 5.2 材料與方法82
• 5.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法82
• 5.2.1.1 實驗材料82
• 5.2.1.2 材料培養(yǎng)方法82
• 5.2.2 材料處理方法82
• 5.2.3 實驗方法82
• 5.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析82
• 5.2.3.2 RNA的提取和表達分析82
• 5.2.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析82
• 5.3 結(jié)果與分析82-88
• 5.3.1 葡萄糖對ABA合成缺失突變體中芥子油苷合成的影響82-84
• 5.3.2 ABA對芥子油苷積累的影響84-85
• 5.3.3 ABA對芥子油苷合成調(diào)控因子MYBs基因表達的影響85-86
• 5.3.4 HXK1在ABA對芥子油苷合成調(diào)控中的作用86
• 5.3.5 ABI5在ABA對芥子油苷合成調(diào)控中的作用86-87
• 5.3.6 葡萄糖和ABA共同處理對芥子油苷合成的影響87-88
• 5.4 討論與小結(jié)88-91
• 6 葡萄糖和JA處理對芥藍芽菜中芥子油苷等生物活性物質(zhì)的影響91-103
• 6.1 引言91-92
• 6.2 材料與方法92-94
• 6.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法92
• 6.2.1.1 實驗材料92
• 6.2.1.2 材料培養(yǎng)方法92
• 6.2.2 材料處理方法92
• 6.2.3 實驗方法92-94
• 6.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析92
• 6.2.3.2 類胡蘿卜素含量的測定92-93
• 6.2.3.3 花青素含量的測定93
• 6.2.3.4 總多酴含量的測定93
• 6.2.3.5 維生素C含量的測定93-94
• 6.2.3.6 抗氧化能力（FRAP法）的測定94
• 6.2.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析94
• 6.3 結(jié)果與分析94-100
• 6.3.1 葡萄糖和JA共同處理對芥藍芽菜生物量的影響94-95
• 6.3.2 芥藍芽菜中芥子油苷的種類和含量95-96
• 6.3.3 葡萄糖和JA共同處理對芥藍芽菜中脂肪類芥子油苷積累的影響96
• 6.3.4 葡萄糖和JA共同處理對芥藍芽菜中吲哚類芥子油苷積累的影響96-99
• 6.3.5 葡萄糖和JA共同處理對芥藍芽菜中總芥子油苷含量的影響99
• 6.3.6 葡萄糖和JA共同處理對芥藍芽菜中類胡蘿卜素、花青素、多酚和維生素C的含量,以及抗氧化活力的影響99-100
• 6.4 討論與小結(jié)100-103
• 7 葡萄糖與GA處理對芥藍芽菜中芥子油苷等生物活性物質(zhì)的影響103-110
• 7.1 引言103
• 7.2 材料與方法103-104
• 7.2.1 實驗材料與培養(yǎng)方法103
• 7.2.1.1 實驗材料103
• 7.2.1.2 材料培養(yǎng)方法103
• 7.2.2 材料處理方法103
• 7.2.3 實驗方法103-104
• 7.2.3.1 芥子油苷提取純化和分析103-104
• 7.2.3.2 類胡蘿卜素含量的測定104
• 7.2.3.3 花青素含量的測定104
• 7.2.3.4 總多酸含量的測定104
• 7.2.3.5 維生素C含量的測定104
• 7.2.3.6 抗氧化能力（FRAP法）的測定104
• 7.2.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析104
• 7.3 結(jié)果與分析104-108
• 7.3.1 葡萄糖和GA共同處理對芥藍芽菜生物量的影響104-105
• 7.3.2 葡萄糖和GA共同處理對芥藍芽菜中脂肪類芥子油苷積累的影響105
• 7.3.3 葡萄糖和GA共同處理對芥藍芽菜中吲哚類芥子油苷積累的影響105-107
• 7.3.4 葡萄糖和GA共同處理對芥藍芽菜中總芥子油苷含量的影響107
• 7.3.5 葡萄糖和GA共同處理對芥藍芽菜中類胡蘿卜素、花青素、多酚和維生素C的含量,以及抗氧化活力的影響107-108
• 7.4 討論與小結(jié)108-110
• 8 結(jié)論、創(chuàng)新點與展望110-114
• 8.1 結(jié)論110-112
• 8.2 創(chuàng)新點112
• 8.3 展望112-114
• 參考文獻114-136
• 個人簡介136-138
• 致謝138-140

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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  本文關(guān)鍵詞：葡萄糖和植物激素協(xié)同調(diào)控十字花科植物中芥子油苷生物合成的機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：332902