【摘 要】
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党参（Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.）为桔梗科多年生草本植物,十大陇药之一,栽培历史悠久。多糖为其主要药效成分,在调节机体免疫、清除自由基、抗衰老等方面发挥重要作用。党参主产于甘肃省渭源、陇西等地的北部干旱半干旱山区,随全球气候变暖,干旱现象频发,影响党参生长发育和品质形成,但影响机制尚未明确。基于此,本研究通过室外盆栽控水试验,按田间最大持水量的90%-85
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党参（Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.）为桔梗科多年生草本植物,十大陇药之一,栽培历史悠久。多糖为其主要药效成分,在调节机体免疫、清除自由基、抗衰老等方面发挥重要作用。党参主产于甘肃省渭源、陇西等地的北部干旱半干旱山区,随全球气候变暖,干旱现象频发,影响党参生长发育和品质形成,但影响机制尚未明确。基于此,本研究通过室外盆栽控水试验,按田间最大持水量的90%-85%（正常水分:CK）、70%-65%（轻度干旱）、55%-50%（中度干旱）和40%-35%（重度干旱）进行水分管理至党参生长旺盛期,取样进行多糖含量测定及高通量转录组测序,筛选党参多糖合成相关基因,分析基因在不同干旱程度下根、茎、叶中的差异表达,结合多糖含量差异,阐明干旱胁迫下党参多糖的合成机制,为从基因水平培育优质党参提供参考依据。取得初步结果如下:1.通过对干旱处理下党参根、茎、叶中多糖含量分析表明:（1）根、茎、叶中多糖含量存在显著差异,总体呈现根＞茎≈叶的趋势,且根中多糖含量分别约为叶、茎含量的10倍;（2）轻度干旱胁迫下党参根、叶中多糖含量显著及极显著的高于其他处理,表现为:轻度干旱＞CK＞中度干旱＞重度干旱;茎中多糖含量在4个处理间差异不显著。表明轻度干旱有利于党参多糖的积累。2.对转录组测序结果进行生物信息学分析发现:（1）与CK相比,轻度、中度、重度干旱胁迫下,党参各组织中Unigene均存在差异表达,其中叶中差异基因分别有19303、15 142、7 943条;茎中差异Unigene分别有7 550、6 069、6 532条;根中差异Unigene分别有7 297、10 169、9 364条。（2）对差异Unigene进行GO功能分类发现,细胞学组件类主要集中于细胞、细胞部分以及细胞器和细胞器部分;生物学过程类主要集中于细胞过程和代谢过程;分子过程类主要集中于结合蛋白和催化活性;（3）对差异Unigene进行KEGG功能富集,发现主要涉及碳水化合物代谢、能量代谢、氨基酸代谢、脂质代谢、其他氨基酸代谢等。3.通过对差异表达的Unigene进一步分析:（1）筛选出党参多糖合成途径相关酶基因20个:UGP2、SPS、SS、sac A、HK、scr K;gal E、GAE、UGDH、AXS、UXE、RHM、pgm、GPI、man A、PMM、GMPP、UXS1、UER1;GAPDH,分别来自淀粉和蔗糖代谢途径（ko00500）、核苷糖与氨基糖代谢途径（ko00520）以及糖酵解/糖异生代谢途径（ko00010）。（2）与CK对比分析发现,轻度、中度和重度干旱胁迫下叶片中分别有15、10、5个多糖合成酶基因差异表达,茎中分别有4、1、4个多糖合成酶基因差异表达,根中分别有2、7、6个多糖合成酶基因差异表达。（3）对高表达关键基因分析显示,与CK相比,轻度干旱下叶中编码UGDH、GAE、RHM的基因上调高表达,表明轻度干旱下UGDH正调控叶中UDP-葡萄糖分解为UDP-葡萄糖醛酸酯并在GAE催化下转化为UDP-半乳糖醛酸酯,进一步合成UDP-半乳糖、UDP-L阿拉伯糖,RHM正调控UDP-葡萄糖代谢为UDP-4脱氢-6脱氧-葡萄糖进一步合成UDP-鼠李糖;中度和重度干旱下根中编码基因UGDH、GAE、RHM呈现下调高表达。综上所述,轻度干旱胁迫处理有利于党参叶片通过光合作用合成糖类物质,并在蔗糖合酶与蔗糖磷酸合酶的催化下代谢为UDP-葡萄糖和果糖,进一步在多糖合成途径中酶的催化下代谢为UDP-L-阿拉伯糖、UDP-半乳糖、UDP-木糖、UDP-鼠李糖、GDP-甘露糖等,这些糖经糖基转移酶的催化下,极少部分在叶和茎中转化为多糖储存,大部分通过茎运输至根中转化为多糖积累,成为党参发挥免疫活性的主要药效成分。
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