基于淫羊藿苷类黄酮差异的柔毛淫羊藿种质遴选及候选基因挖掘

来源 :天津中医药大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yiwen_yu
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柔毛淫羊藿是2020版《中国药典》收载的中药淫羊藿的主要来源之一,也是国内实现野生驯化和规模化栽培的物种。中药淫羊藿是传统的壮阳药,具有抗骨质疏松、提高免疫力、抗肿瘤及神经保护等重要的药理活性,其中C-8位具有异戊烯基的黄酮醇及其苷类化合物(简称淫羊藿苷类黄酮)是其活性成分和质量控制成分。鉴定影响该类化合物组成和含量的遗传因素对于培育柔毛淫羊藿新品种和提高栽培药材品质至关重要。迄今,淫羊藿苷类黄酮生物合成途径中仅鉴定了少量结构基因和调控基因。因此,本文旨在研究柔毛淫羊藿野生和栽培群体中淫羊藿苷类黄酮成分的组成和含量变异特点,遴选出候选育种群体,以及后续通过重测序挖掘关联基因分析可用的群体,挖掘与成分组成和含量相关的候选基因。1)基于淫羊藿苷类黄酮成分差异的柔毛淫羊藿种群遴选。收集覆盖全国各产区的柔毛淫羊藿39个种群,利用UPLC-PDA-Q-TOF/MS、IGS序列以及地理分布相结合的方法来遴选具有遗传特质(尤其是淫羊藿苷类黄酮成分组成和含量不同)的种群。首先通过UPLC-PDA-Q-TOF/MS结合PCA对39个柔毛淫羊藿种群中淫羊藿苷类黄酮成分开展定性和相对定量分析,共鉴定出41种淫羊藿苷类黄酮化合物,不同种群间淫羊藿苷类黄酮成分组成相似;确定出朝藿定A1(简称A1)、朝藿定A(简称A)、朝藿定B(简称B)、朝藿定C(简称C)、淫羊藿苷(简称I)、3’’’-羰基-2’’-β-L-喹诺糖基淫羊藿苷、箭藿苷A、箭藿苷B、2’’-O-鼠李糖基淫羊藿次苷Ⅱ和淫羊藿次苷Ⅱ10个含量较高的成分为柔毛淫羊藿中淫羊藿苷类黄酮的主要含量成分,占淫羊藿苷类黄酮的50~85%。对以上10个淫羊藿苷类黄酮成分开展相对定量分析,根据其不同成分相对含量的高低以及主要成分淫羊藿苷和朝藿定C的相对含量比值大小,将39个种群分为六大组,结合地理分布遴选出27个具有遗传特质的种群;然后,测定了不同种群的IGS序列(r DNA间隔区),最终遴选出26个具有遗传特质的种群,为后续基于重测序技术挖掘淫羊藿苷类黄酮候选基因奠定基础。2)基于淫羊藿苷类黄酮含量变幅的柔毛淫羊藿种群遴选。利用HPLC对柔毛淫羊藿37个种群中ABCI总量(2020版《中国药典》规定的淫羊藿质量指标)变幅开展研究。每个种群随机选取6个个体进行ABCI总量测定,变异系数在8.08~56.35%。经过扩大样本量验证,最终遴选出2个含量变幅小的候选种群,其既可作为育种骨干种群,又可通过自交纯化用于淫羊藿苷类黄酮候选基因挖掘和分子辅助标记育种。3)淫羊藿苷类黄酮含量相关的候选基因挖掘。首先通过HPLC对柔毛淫羊藿贵同柔毛1号品种500份个体进行ABCI总量测定,遴选出具有显著差异的3个高含量个体和3个低含量个体,进行转录组测序。基于淫羊藿苷类黄酮含量的方差分析及基因表达量的聚类分析,均表明高、低含量组间差异显著。获得2,004个差异表达基因,其中高含量组相较低含量组明显上调的基因1,318个。进一步分析,最终筛选到13个黄酮合成途径的关键酶基因,35个可能与淫羊藿苷类黄酮合成相关的下游修饰酶基因以及14个转录因子。筛选到的候选基因可用于后续目标基因克隆和活性验证,以及鉴定与淫羊藿苷类黄酮高含量相关的重要调控因子。本文利用UPLC-PDA-Q-TOF/MS、IGS序列、地理分布以及HPLC方法,揭示了柔毛淫羊藿野生和栽培种群中淫羊藿苷类黄酮成分变异特点,并为全面挖掘淫羊藿苷类黄酮候选基因奠定基础。基于转录组技术对贵同柔毛1号品种中含量差异显著的个体开展分析,挖掘到62个淫羊藿苷类黄酮合成相关的候选基因,可为后续解析其生物合成途径提供依据,并为淫羊藿分子标记辅助育种奠定基础。
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