盐诱导对金线莲甾醇含量的影响及相关基因的表达分析

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金线莲(Anoectochilus roxburghii)药用价值极高。其黄酮,甾醇,多糖,三萜等成分均有广泛的开发前景。甾醇类物质的药用价值已被用于治疗高胆固醇、粥样动脉硬化等。金线莲已被证明含有多种甾醇,研究表明其甾醇提取物有一定的抗肿瘤效果。在金线莲甾醇合成关键基因表达和甾醇含量变化之间寻找一定的相关性和调控机理,以提高组织培养或人工栽培金线莲甾醇化合物积累量,对高甾醇品种选育以及未来通过细胞工程技术等手段工厂化生产甾醇也有一定的意义。本研究对金线莲分子水平调控和产物含量进行研究,以甾醇测定为核心,对金线莲甾醇合成路径上的关键酶基因进行克隆,以相关基因的相对表达量测定为辅助,通过生物信息学分析和亚细胞定位,对金线莲甾醇生物合成途径进行探讨,从而进一步了解其次生代谢物合成的机理。本研究的主要结果如下:1.运用超声波辅助提取和高效液相色谱的手段,摸索了金线莲甾醇的提取及检测方法,对受到100 mmol·L-1盐(NaCl)诱导的金线莲植株在0 h(空白对照),6 h,12 h三个不同时间点进行植物的三种甾醇(分别是麦角甾醇,豆甾醇,β-谷甾醇)进行提取及含量测定。结果发现金线莲甾醇在采用95%乙醇作为提取剂,15:1的液料比下提取效果较优。三种甾醇的含量在6 h均增加,且与0 h差异显著,在12 h时间点,麦角甾醇和豆甾醇含量呈现降低,而β-谷甾醇含量仍增高。通过对三种甾醇在三个时间点测得的含量进行求和可知,在12 h时刻,虽然β-谷甾醇有上升表现,但总体来说,总甾醇含量出现了下降,金线莲甾醇含量受到了盐的影响,在一定时间内,盐促进了甾醇物质的积累,但这种影响会在一定时间后减弱或恢复。2.基于RNA-Seq的金线莲转录组序列,对金线莲法呢基焦磷酸合成酶基因(FPS),牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GPPS)进行了克隆。序列分析表明,FPS基因的开放阅读框为1047bp,与霍山石斛(Dendrobium huoshanense)的同源性最高;经过翻译得知FPS基因编码348个氨基酸残基,最终构成的FPS蛋白的二级结构是由α螺旋和无规则卷曲组成的。不存在跨膜区。系统发育分析表明福建金线莲的FPS蛋白与霍山石斛(D.huoshanense),台湾金线兰(Anoectochilus formosanus)等亲缘关系较近。GPPS基因的开放阅读框为1092bp,与大叶蝴蝶兰(Phalaenopsis bellina)的同源性最高;经过翻译可知其编码363个氨基酸残基,构成的GPPS蛋白的二级结构主要由α螺旋和无规则卷曲组成。也不存在跨膜区。系统发育分析表明与大叶蝴蝶兰(P.bellina)、龙胆(Gentiana rigescens)等亲缘关系较近。3.利用实时荧光定量(RT-PCR)的方法,对在盐诱导下金线莲的FPS基因在不同时间点的相对表达量进行了检测和分析,结果发现,FPS基因的相对表达量在6 h时出现增加且差异显著,在12 h时相对表达量降低,这一变化趋势与甾醇含量测定的实验的结果变化趋势相似,可能表示FPS基因的表达量变化与金线莲甾醇含量有一定的关联。4.对金线莲FPS蛋白进行亚细胞定位,利用插入含有增强型绿色荧光蛋白基因(eGFP)载体的相对克隆位点,将重建载体转化到洋葱的内表皮中。最后使用显微镜观察。在洋葱的内表皮的细胞质和细胞核中观察到荧光信号。该结果证实了对FPS蛋白的细胞质和细胞核定位的预测,因而证明FPS蛋白在细胞质中发挥其功能。
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