藤茶中类黄酮生物合物相关基因筛选与分析

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藤茶(Ampelopsis grossedentata)是自然界中发现类黄酮含量最丰富的植物之一,二氢杨梅素是其最主要的黄酮类化合物组分,具有抑菌、降血糖、降血脂、抗高血压、抗氧化、护肝、抗肿瘤等多种功能。前期研究发现,二氢杨梅素在不同成熟度藤茶叶片中的含量相差接近4倍,但其差异显著的分子机理尚不清楚。本文以不同成熟度藤茶叶片为材料,通过采用高效液相色谱(HPLC)技术分析二氢杨梅素的含量,采用转录组测序技术对差异表达基因进行分析,利用荧光定量PCR技术检测差异基因在不同成熟度藤茶叶片中的表达量,并验证二氢杨梅素含量与差异基因表达量之间的相关性,以阐明不同成熟度藤茶叶片中二氢杨梅素含量差异显著的分子机理。主要结果如下:1.采用HPLC法,对不同成熟度的藤茶叶片(嫩叶、中叶、老叶)进行二氢杨梅素含量测定,测试结果显示,藤茶中嫩叶的二氢杨梅素含量可高达42.03%,中叶为33.6%,老叶为12.01%。三个成熟度藤茶叶片中二氢杨梅素的含量差异显著,尤其是嫩叶和老叶,相差接近4倍。不同成熟度藤茶叶片中二氢杨梅素的含量随着成熟度的增加而递减,即嫩叶>中叶>老叶。2.通过转录组测序技术,从藤茶样品中共获得306663600条Clean reads。其中NR、NT、KO、Swissprot、PFAM、GO、KOG数据库成功注释的Unigenes数目分别为81693、117488、30519、56889、55466、57640和20711条。通过筛选,获得6103条差异基因,其中在老叶和嫩叶中获得差异基因最多,为4350个,上调的有1965个,下调的有2385个;在中叶和嫩叶中共获得差异基因1420个,其中上调的有475个,下调的有945个;在老叶和中叶中共获得差异基因333个,其中上调的有120个,下调的有213个。根据差异基因富集的结果,类黄酮生物合成途径中相关差异基因有8个,分别是PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3′H、F3′5′H。3.通过荧光定量PCR技术,对不同成熟度藤茶叶片的类黄酮生物合成相关基因的表达水平进行了分析。结果表明各目的基因表达量均随着叶片成熟度的增加而下降,其中PAL、C4H、4CL、F3H、F3′H在三个成熟度藤茶叶片中的中表达量均有明显递减;而CHS和F3′5′H的表达量在嫩叶中最多,中叶和老叶中无明显变化;CHI则在嫩芽、中叶和老叶中变化均不明显。由此可以推测,PAL、C4H、4CL、F3H、F3′H是不同成熟度藤茶叶片中二氢杨梅素含量差异的关键基因,CHS和F3′5′H可能是二氢杨梅素在藤茶嫩叶中富集的关键基因。4.对不同成熟度藤茶叶片的目的基因和二氢杨梅素含量进行相关性分析,结果表明,在不同成熟度藤茶叶片中,PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3′5′H和F3′H的表达量与二氢杨梅素的含量均为正相关。其中,PAL、C4H、4CL的相关系数大于0.9,与二氢杨梅素的含量显著相关;CHS、F3H、F3′5′H的相关系数在0.75以上,与二氢杨梅素的含量相关较大;CHI和F3′H相关系数较小,因此CHI和F3′H对二氢杨梅素的含量影响较小。类黄酮化合物具有丰富的药理活性,藤茶含有丰富的类黄酮化合物,其中又以二氢杨梅素为主,从分子角度研究不同成熟度藤茶叶片中类黄酮化合物含量差异巨大的原因,有利于更好的开发利用藤茶种质资源,同时为更好的研究类黄酮化合物提供理论基础和科学依据。
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