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紫草宁及其衍生物广泛存在于紫草科植物的根表面,可以用于食物或布料的染色剂,在治疗各种皮肤疾病,以及抗菌、抗炎、治疗癌症等方面有着一定的疗效。目前对紫草宁及其衍生物的合成通路研究并不全面,主要分为上游骨架途径和下游核心途径,其中对下游通路研究甚少。研究发现,NH4+与光照明显抑制紫草素的合成,茉莉酸则起着正向诱导作用。目前紫草素的研究对象多为硬紫草(Lithospermum erythorhizon)的愈伤细胞,但该物种生长周期长,种植困难,且愈伤细胞并不利于基因研究。此外广泛使用的两阶段"培养——诱导"法,其中的M9无铵培养基不利于愈伤细胞或毛状根的繁殖。因此,本研究以紫草科蓝蓟属中,生长繁殖快的,与硬紫草近源的车前叶蓝蓟(Echium plantagineum)为研究材料,比较其毛状根在1/2B5培养基与M9培养基中生产紫草素的区别;基于参考基因组数据,重分析车前叶蓝蓟与硬紫草的转录组数据,筛选潜在的紫草素合成相关基因;通过毛状根体系对筛选得到的EpGHQH1和EpOPR1基因进行功能研究。主要研究内容与结果如下:1、结果发现,相同培养周期内,毛状根在M9培养基的乙酰紫草宁产量最高达191.05 mg/g(FW),但因为生物量几乎不增加,平均乙酰紫草宁总产量仅为46.44 mg;在1/2B5培养基中的乙酰紫草宁产量最高为119.14 mg/g(FW),但因为生长量大,平均乙酰紫草宁总产量为122.8 mg,约为M9中的3倍。因此,1/2B5培养基有利于车前叶蓝蓟毛状根的繁殖与紫草素诱导。2、通过有参转录组数据分析,发现硬紫草基因组中有165个基因在紫草根部且根周皮中高表达,车前叶蓝蓟中则有406个基因与紫草素合成具有较高的正相关性。此前无参转录组分析发现的GHQH与OPR家族都在硬紫草与车前叶蓝蓟中与紫草素合成正相关,对这些拷贝构建进化树,根据直系同源基因进化规律,找到同时含有在两个物种中高表达拷贝的亚支,挑选最高表达量的基因,即GHQH基因家族中的EP37921基因,以及OPR基因家族中的EP41466基因进行后续研究。3、利用毛状根体系对筛选得到的EpGHQH1和EpOPR1两个基因进行转基因功能研究。结果显示,过表达EpGHQH1基因可显著促进车前叶蓝蓟毛状根中紫草素的合成,而干扰该基因的表达则显著抑制紫草素产量,揭示了EpGHQH1对车前叶蓝蓟中紫草素合成的正向调控作用,推测可能是紫草素合成下游途径的一员。过表达EpOPR1基因对紫草素合成并没有明显的促进作用,而干扰该基因后紫草素合成受到抑制。蛋白序列特征显示,该蛋白属于SubI型OPR蛋白,可能并不主要参与植物中茉莉酸的合成,具体功能待进一步研究。