苦荞(Fagopyrum tataricum L.)是一种适于冷凉气候下短季生长的药食两用作物,广泛分布于中国,俄罗斯,韩国,日本,欧洲等地区。苦荞因含有黄酮类化合物,赋予其降血压,降血脂和降血糖等药理功能。苦荞是糖尿病人日常生活中重要的膳食来源之一。苦荞品种资源丰富,但其产量较低。亟待调查其全基因组的多样性,为分子育种改良其品质提供遗传信息。本文对苦荞麦的研究主要围绕其两个特性展开,一个是粮食作物,另一个是药用植物。在粮食作物中主要围绕两个方面展开,第一是其叶绿体基因组研究。第二是其基因组多样性调查。调查其基因组变异位点信息,获得多样性,为分子育种提供遗传资源。在药用植物方面,通过我们构建的中药网络药理学分析和组方优化数据库平台研究苦荞与糖尿病的互作关系,调查其重要的治疗靶点,为新药开发提供帮助。同时这些靶点信息将为找寻苦荞中重要的化学成分,为后期的代谢组学的研究提供帮助。(1)荞麦叶绿体基因组研究通过对10个野生样本和10个栽培样本的苦荞麦叶绿体基因组进行高通量测序。经分析后,获得136个SNPs和23个INDELs变异位点信息。其中终止密码子获得缺失基因rpoC1,属于转录系统。终止密码子缺失变异psaB基因,属于光合作用系统。对群体做进化分析,野生样本和栽培样本亲缘关系清晰,其中野生样本向栽培品种的进化关系清晰。(2)苦荞基因组重测序对119个苦荞麦样本进行重测序,并进行遗传多样性分析、群体遗传学分析和受选择分析。共鉴定出12.1M的SNP位点和1.5M插入/缺失变异位点(1-56 bp)。通过注释获得的mRNA的个数有1011353,其中CDS区的有340282。Indel变异位点注释到mRNA的个数有285214,其中CDS区的有23410。在CDS区中INDEL最大插入有56bp,其中最大的删除有33bp。使用PCA(主成分分析),群体结构分析,Fst分析,群体进化关系分析发现野生样本和栽培样本之间有着明显的分化。通过对两个种群的选择压力分析(TOP1%),找到在驯化过程中的受选择基因。有101个mRNA受选择基因,占基因组mRNA(28215个)的0.3579%。做GO和KEGG富集分析,发现部分基因聚集到异喹啉生物碱生物合成通路。这些受选择的基因里含有与农艺性状相关的基因。如LHY(LATE ELONGATED HYPOCOTYL)基因调控昼夜节律。CCA1(CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED1)基因参与昼夜调节和低温抗寒调控。DWF4(DWARF4)基因能够调节根生长,同时还能对其油菜素内酯的平衡起着至关重要的作用,该基因还是叶片发育生长中不可或缺的调控基因。BIA1基因的缺失和变异能导致突变植株的矮化。HCT(hydroxycinnamoyl transferase)基因能够影响植株黄酮类物质的合成,其缺失将影响木质素的生长。这些受选择基因将为进一步的分子遗传育种提供材料支撑。(3)苦荞网络药理学分析通过网络药理学的方法构建苦荞与糖尿病之间的互作网络。预测苦荞治疗糖尿病的潜在治疗靶点,发现共有97个潜在靶点。构建中药-化学分子-潜在靶点-已知疾病治疗靶点的网络,分析其中的关键节点,并对这些关键节点做GO和KEGG富集分析,发现与糖尿病高度相关的KEGG通路:AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications(AGE-RAGE信号通路在糖尿病中的并发症),Insulin signaling pathway(胰岛素信号通路),Insulin resistance(胰岛素耐受性),Type II diabetes mellitus(糖尿病2型),Insulin secretion(胰岛素分泌),Glucagon signaling pathway(胰高血糖素信号通路)。分析聚集在AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications(AGE-RAGE信号通路在糖尿病中的并发症),Type II diabetes mellitus(糖尿病2型),Glucagon signaling pathway(胰高血糖素信号通路)的靶点信息,发现有17个重要的潜在治疗靶点,这些靶点在苦荞预防或治疗糖尿病的过程中起着重要的作用。并发现化学分子4-hydroxy-benzoic acid在网络中是关键节点之一,可能在苦荞与糖尿病之间起着关键因素。同时通过Discovery Studio2.5中的LibDock对苦荞中的化学成分与候选靶点进行分子模拟对接,发现168个重要潜在的治疗靶点和化学分子之间的关系。这些信息为发现新治疗靶点和发现新药提供了重要信息来源。并为后期的代谢组学的开展提供数据支撑。(4)TCMNPF数据库构建TCMNPF(Network Pharmacological Analysis and Formula Optimization of Traditional Chinese Medicine Database)数据库,实现网络药理学的一站式分析。本网站通过网络收集了中药(包含国外的天然草药)共9355,方剂49615,唯一的化学分子31765,疾病4986。通过本数据库可实现不同中药的组合,并构建其与疾病之间的互作网络。同时本数据库允许用户上传自有中药靶点信息和疾病靶点信息,然后构建网络。此举突破数据库中现有数据的限制,用户可直接使用网站构建互作网络。对互作网络中的靶点通过R语言包计算其拓扑属性,GO和KEGG富集分析,并将结果通过Shiny Server展示,同时提供结果下载,方便用户二次分析。本研究调查了苦荞基因组的多样性,获得了驯化过程中受选择基因,这将为苦荞遗传育种的提高提供重要的信息。并且,本研究所作的工作将为日后解析基因组差异提供典型的参考。同时通过网络药理学分析苦荞与糖尿病之间的互作关系,获得重要的治疗糖尿病的候选靶点和化学分子,为后续的代谢组学分析提供材数据支撑。