基于转录组学分析酸枣仁活性成分的生物合成研究

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酸枣仁(Ziziphi Spinosae Semen)为鼠李科植物酸枣Ziziphus jujuba Mill.var.spinose(Bunge)Huex H.F.Chou的干燥成熟种子,具有养心补肝、宁心安神、敛汗的功效。近年来,随着人们生活节奏的加快,失眠发生率明显增加,临床对酸枣仁的需求量也随之增加,故其质量的优劣备受关注。目前有部分产区出现了酸枣仁不饱满、质量不合格情况,除了酸枣种质欠佳、栽培技术粗放之外,“抢青”也是不可忽视的重要原因。因此,通过次生代谢工程研究,分析不同生长发育时期酸枣仁的差异表达基因,筛选与酸枣仁活性成分生物合成途径相关的功能基因,进而阐明斯皮诺素和酸枣仁皂苷A生物合成途径可能的分子机制,对进一步进行酸枣仁品质形成和有效成分代谢组学研究的开展具有重要意义。目的:通过高效液相色谱-蒸发光散射检测(HPLC-ELSD)法与Illumina Hiseq 4000高通量测序相结合的方法,从化学成分含量和分子水平阐述不同生长发育时期酸枣仁中黄酮类化合物斯皮诺素和皂苷类化合物酸枣仁皂苷A含量的差异。利用高通量测序技术筛选酸枣仁中黄酮和皂苷类生物合成途径的功能基因,研究其表达差异性,为探讨影响酸枣仁中活性成分产量富集的相关因素、探讨酸枣仁品质形成机理、并继续进行活性成分的代谢组学研究等提供分子生药学的理论依据。方法:1.样品的采收及加工:本课题的酸枣仁样品分别于2018年7月15日(青果期)8月15日(果实半红期)、9月15日(果实完熟期)上午采摘于河北省邢台县东川口村(N 37°06′34.36″;E 114°12′57.18″)同一株酸枣树上不同部位的果实,在无菌和低温条件下破壳取仁,样品标记为S1、S2和S3,每个样品三次重复。经液氮处理后存于-80℃冰箱,备用。2.不同生长发育时期酸枣仁中活性成分的含量测定:采用高效液相色谱-蒸发光散射检测(HPLC-ELSD)法同时测定酸枣仁药材中斯皮诺素和酸枣仁皂苷A两种活性成分的含量。3.不同生长发育时期酸枣仁转录组测序分析:采用Illumina Hiseq4000高通量测序技术对不同生长发育时期的酸枣仁进行转录组测序,分析酸枣仁不同发育时期的差异表达基因,识别酸枣仁黄酮和皂苷类生物合成途径的相关功能基因,为进一步定位酸枣仁活性成分生物合成酶的相关功能基因奠定研究基础。结果:1.不同生长发育时期酸枣仁中活性成分的含量测定:采用HPLC-ELSD法测定不同生长发育时期酸枣仁中斯皮诺素和酸枣仁皂苷A的含量。不同生长发育时期酸枣仁样品的活性成分含量差异较大,S1~S3时期酸枣仁中斯皮诺素含量分别为0.023%、0.046%、0.081%,酸枣仁皂苷A含量分别为0.021%、0.045%、0.051%,结果表明S3时期酸枣仁中斯皮诺素和酸枣仁皂苷A的含量均大于S1、S2时期。2.不同生长发育时期酸枣仁转录组测序分析:经String Tie软件组装拼接得到74472个转录本,其中有26.83%在NR、Swiss-Port、Pfam、GO、COG、KEGG数据库中得到注释。生物合成途径的代谢通路分析结果发现,在酸枣仁转录组中分别有11和15个差异表达基因序列编码了酸枣仁中黄酮和皂苷类活性成分合成途径的相关酶类。差异表达基因序列比对结果表明,与黄酮、皂苷类化合物进行结构修饰相关的功能基因大多在S3时期进行表达,与其含量测定结果一致。结论:本课题运用HPLC-ELSD法同时测定了不同生长发育时期酸枣仁中活性成分斯皮诺素和酸枣仁皂苷A的含量,并通过Illumina Hiseq4000高通量测序技术对不同生长发育时期的酸枣仁进行转录组测序,分析了三个时期酸枣仁的差异表达基因,同时对其进行了模式聚类、功能注释以及富集性分析。本课题期望通过转录组学研究,在分子水平探索酸枣仁中与黄酮和皂苷类活性成分含量相关的功能基因及其合成通路,为明确酸枣正确采收时期和酸枣仁质量控制提供新的思路。
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