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人参皂苷是人参道地性的物质基础。具有多种生理和药理功能,广泛应用于医药、保健品、化妆品、食品和生物农药等领域。但由于人参皂苷含量低,尤其是稀有人参皂苷含量更低,限制了人参的应用与开发。针对人参内生菌“协同效应”促进“防御反应”产物皂苷累积分子机制问题。本文首先,研究多黏类芽孢杆菌与人参发根互作对人参发根生长、共培培养基(糖、酸碱度)及其定殖的影响;其次,研究多黏类芽孢杆菌与人参发根互作对人参发根蛋白表达及单体皂苷累积影响。最后,用高通量测序技术,研究了多黏类芽孢杆菌与人参发根互作对人参发根转录组的影响;应用生物信息学手段,结合人参皂苷单体和相关差异表达基因的分析、Unigene注释及相关次生代谢途径信息,筛选人参内生多黏类芽孢杆菌介导人参皂苷累积的候选基因,为人参皂苷累积相关基因的功能及其作用机理的研究提供理论依据。主要结果如下:
1.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作显著促进了人参发根的生长,人参发根鲜重和干重分别提高了16.33%和17.96%(P<0.05)。多黏类芽孢杆菌能很好地在人参发根中定殖,共培养3天在人参发根中定殖数量可达1.45×108CFU/g。多黏类芽孢杆菌与人参发根互作稳定了其培养基pH值和糖含量、提高了人参发根中可溶性糖含量,提高了人参发根能量的利用率。
2.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作提高了人参单体皂苷的累积,其中,Rb1、Rg2、Rd存在显著差异(P<0.05)。多黏类芽孢杆菌与人参发根互作影响了9种人参发根可溶性蛋白的表达,其中,新增加蛋白6个(分子量分别约为250kD、150kD、52kD、39kD、35kD和24kD),表达量提高蛋白2个(48kD、14kD),表达量降低蛋白1个(23kD)。
3.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作显著调控人参发根中5965个差异基因表达,其中显著上调有3214个基因,下调有2751个基因,且有1172个差异表达基因被注释到119个KEGG代谢通路中。主要集中苯丙烷生物合成、氨基酸的生物合成、碳代谢、淀粉和蔗糖代谢、脂肪酸代谢、胞吞作用、植物激素信号转导、内质网中的蛋白质加工和植物病原体相互作用、萜类骨架生物合成、倍半萜与三萜生物合成等过程。经富集分析,筛选出参与人参皂苷累积相关的候选基因有30个,其中,参与萜类骨架生物合成途径基因17个;参与倍半萜和三萜生物合成相关基因6个;筛选出参与二萜生物合成代谢途径相关基因5个;筛选出参与单萜生物合成代谢途径相关基因2个。
1.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作显著促进了人参发根的生长,人参发根鲜重和干重分别提高了16.33%和17.96%(P<0.05)。多黏类芽孢杆菌能很好地在人参发根中定殖,共培养3天在人参发根中定殖数量可达1.45×108CFU/g。多黏类芽孢杆菌与人参发根互作稳定了其培养基pH值和糖含量、提高了人参发根中可溶性糖含量,提高了人参发根能量的利用率。
2.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作提高了人参单体皂苷的累积,其中,Rb1、Rg2、Rd存在显著差异(P<0.05)。多黏类芽孢杆菌与人参发根互作影响了9种人参发根可溶性蛋白的表达,其中,新增加蛋白6个(分子量分别约为250kD、150kD、52kD、39kD、35kD和24kD),表达量提高蛋白2个(48kD、14kD),表达量降低蛋白1个(23kD)。
3.多黏类芽孢杆菌与人参发根互作显著调控人参发根中5965个差异基因表达,其中显著上调有3214个基因,下调有2751个基因,且有1172个差异表达基因被注释到119个KEGG代谢通路中。主要集中苯丙烷生物合成、氨基酸的生物合成、碳代谢、淀粉和蔗糖代谢、脂肪酸代谢、胞吞作用、植物激素信号转导、内质网中的蛋白质加工和植物病原体相互作用、萜类骨架生物合成、倍半萜与三萜生物合成等过程。经富集分析,筛选出参与人参皂苷累积相关的候选基因有30个,其中,参与萜类骨架生物合成途径基因17个;参与倍半萜和三萜生物合成相关基因6个;筛选出参与二萜生物合成代谢途径相关基因5个;筛选出参与单萜生物合成代谢途径相关基因2个。