【摘 要】
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人参是东北重要的道地性药材,人参皂苷为其主要药效成分,人参皂苷的生物合成受到环境因子和合成途径中关键酶基因的共同调控.由于人参栽培年限长、连作障碍、病虫害严重,很大程度影响了人参产量和质量.野生人参资源又非常稀少,天然资源受到限制,而传统的的田间种植栽培已经很难满足日益增长的人参市场需求,导致人参资源短缺.为进一步揭示人参皂苷生物合成的生理生态机制,本研究利用分子生物技术手段对人参皂苷生物合成关键
【机 构】
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吉林农业大学中药材学院,省部共建生态恢复与生态系统管理国家重点实验室
【出 处】
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2016首届中国中药资源大会暨CSNR中药及天然药物资源研究专业委员会第十二届学术年会
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人参是东北重要的道地性药材,人参皂苷为其主要药效成分,人参皂苷的生物合成受到环境因子和合成途径中关键酶基因的共同调控.由于人参栽培年限长、连作障碍、病虫害严重,很大程度影响了人参产量和质量.野生人参资源又非常稀少,天然资源受到限制,而传统的的田间种植栽培已经很难满足日益增长的人参市场需求,导致人参资源短缺.为进一步揭示人参皂苷生物合成的生理生态机制,本研究利用分子生物技术手段对人参皂苷生物合成关键酶基因进行克隆、生物信息学分析,利用HPLC法测定不同生长时期人参皂苷含量,Real-time PCR法测定关键酶基因表达量,并分析生态因子与关键酶基因表达量和皂苷含量之间的关系.为阐明人参皂苷生物合成的生理生态机制提供理论依据.主要研究内容如下：1.从人参中克隆出人参皂苷合成途径中下游的CYP716A52v2和CYP716A53v2基因,并对其进行初步生物信息学分析.分析表明：CYP716A52v2基因全长序列为1779 bp,开放式阅读框长1445 bp,起始密码子位于93 bp处,终止密码子位于1523 bp处,编码481个氨基酸.CYP716A53v2基因全长序列为1506 bp,起始密码子位于16 bp,终止密码子位于1423 bp,开放式阅读框长1410bp,编码470个氨基酸.2.以不同生长时期不同组织部位五年生人参为试验材料,对其CYP716A52v2和CYP716A53v2基因的相对表达量进行测定.结果表明：CYP716A52v2基因表达量从展叶期到果后参根生长期逐渐升高,果后参根生长期与展叶期差异最大.CYP716A53v2基因表达量在展叶期相对较低,果后参根生长期达到最高.CYP716A53v2基因表达量从展叶期到红果期茎和叶显著高于根中,而果后参根生长期则显著低于根中.根据试验结果推测单体皂苷Rg1可能在叶中合成,经由茎运输到根部.CYP716A52v2基因在展叶期各组织表达差异不显著,而绿果期到果后参根生长期根中表达量均显著高于其他组织部位.推测可能是由于下游合成途径单体皂苷Ro的后续官能团的修饰是在根中合成.为后续研究人参皂苷合成奠定基础.3.以五年生人参单株根器官为试验材料,测定不同生长时期人参单体皂苷及总皂苷的含量,结果表明：皂苷间存在协同增减趋势,其中单体皂苷Ro与总皂苷之间呈显著负相关.可能与人参皂苷生物合成代谢途径中下游关键酶基因的功能有关,为后续研究生态因子及关键酶基因表达量相关性研究奠定基础.4.对生态因子与基因表达量和皂苷含量进行相关性分析,结果表明：CYP716A52v2基因表达量与平均温度、土壤含水量和单体皂苷Ro呈显著正相关,与Rg1、Re及总皂苷呈现显著的负相关,平均降雨量、相对湿度、日照时数与皂苷含量相关性不显著；随着平均温度和土壤含水量的升高,CYP716A52v2基因表达量随之升高,导致Ro含量上调而Rg1、Re及总皂苷含量下调.CYP716A53v2基因表达量与平均温度呈显著负相关,而与土壤含水量呈现正相关,与Rg1及总皂苷含量显著正相关.随着温度升高CYP716A53 v2基因表达量下调,随着土壤含水量的升高CYP716A53v2基因表达量和Rg1及总皂苷含量上调.土壤含水量和月平均温度对人参皂苷的生物合成影响较大,月平均降雨量、相对湿度、日照时数对人参皂苷的生物合成影响较小.
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