干旱胁迫促进柴胡皂苷合成的转录组水平解析及应用

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柴胡作为我国的一种传统中药材,含有多种生物活性成分,具有抗炎、抗肿瘤、抗病毒等多种药理作用,柴胡皂苷是其主要活性成分之一,主要由MVA途径和MEP途径合成其共同前体物质。据研究,一定的干旱胁迫有利于柴胡皂苷的积累,但是干旱调控皂苷合成的机制尚不明确。本研究以拔节期川北柴1号(CBC1)为试验材料,测定其在7天、14天、21天、28天干旱胁迫下的农艺性状和10种皂苷含量,同时进行转录组测序,筛选出可能参与柴胡皂苷合成的候选基因,将转录组数据与柴胡皂苷含量进行联合分析,发掘到干旱胁迫下调控柴胡皂苷合成的关键基因。其主要研究结果如下:(1)柴胡植株受到干旱胁迫后,其地下部分相关性状的增长趋势会受到抑制,干旱处理后植株的主根直径在第14天时受到影响最大,到第28天时,干旱胁迫的全根鲜重和干重、主根干重和须根干重均低于对照组;干旱胁迫下的柴胡茎在第21天前生长速度显著慢于对照组,而叶受到干旱胁迫的影响并不显著。靶向代谢分析结果显示根中的10种柴胡皂苷含量在干旱胁迫28天时均超过同期对照。柴胡皂苷含量与各农艺性状的相关性分析表明柴胡皂苷A、B2、C、F含量与全根鲜重和干重、茎鲜重和干重显著负相关。(2)对照及干旱胁迫下的转录组分析共筛选出326个参与柴胡皂苷合成的相关基因,涉及17个基因家族,其中四个干旱胁迫时期之间共有202个差异基因。脱氧木酮糖-5-磷酸合酶家族(DXS)、鲨烯合酶家族(SS)、羟甲基戊二酰Co A还原酶家族(HMGR)、细胞色素P450家族(P450)和尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶家族(UGT)积极参与干旱胁迫下柴胡皂苷合成的调控。其中DXS家族的BC_00008152、SS家族的BC_00015817、HMGR家族的BC_00011423、P450家族的BC_00002945、BC_00003742、BC_00006011、BC_00006824、BC_00006825、BC_00008601、BC_00015206以及UGT家族的BC_00014360、BC_00001542、BC_00017964、BC_00017965等可能是正向调控柴胡皂苷合成的关键基因。本研究选取拔节期川北柴1号进行干旱胁迫,综合大样本的农艺性状、柴胡皂苷靶向代谢组和转录组联合分析,发掘到5个酶基因家族的42基因可能正向调控柴胡皂苷合成。本研究为丰富中药柴胡的转录组数据资源,完善干旱胁迫促进柴胡皂苷合成的调节机制,培育抗旱且皂苷含量高的柴胡品种提供理论依据。
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