中药秦艽是我国传统名贵中药材,具有祛风湿、清湿热、止痹痛、和血舒筋、利尿等功效,主要用于风湿痹痛、筋骨拘挛、骨蒸潮热、小儿疳积发热、小便不利、黄疸、便血等症的治疗。现代药理学研究表明,中药秦艽具有抗炎镇痛、调节免疫、健胃抗溃疡等作用。《中华人民共和国药典》(2010版)中收录的秦艽药材为秦艽(Gentiana macrophylla Pall.)、粗茎秦艽(G.crassicaulis Duthie ex Burk)、麻花秦艽(G.stramineaMaxim.)和小秦艽((G.dahuricaFisch.,又称乌达里秦艽)四种的干燥根,其中秦艽的分布最广、药用量最大,已被列为国家三级重点保护野生药材物种。目前对秦艽研究主要集中于对其药用有效成分的分离、药理药效、种质资源等方面的研究,而秦艽有效成分合成途径及其调控机制的研究尚未见报道。基于此,本研究采用第二代高通量测序技术与生物信息学方法对秦艽转录组、不同器官基因表达谱研究的基础上,进一步筛选出了秦艽主要有效成分合成相关的部分基因与转录因子,不仅为秦艽主要有效成分合成机制的阐明奠定了基础,也为进一步秦艽资源的开发利用、分子生物学育种等提供借鉴。主要研究成果如下:(1)本次高通量测序采用花期秦艽不同部位的混合材料为对象,共产出2.45 Gb数据,组装后得到42,918条unigene,平均长度为677 bp,包含完整ORF的unigene 共 7,316 条。共有 32,141 条 unigenes(74.89%)得到了注释。此外,有 4,413条unigene具有转录因子活性,归属于51个家族。2,339条unigene可以映射到24条不同的次生代谢途径中,其中涉及MVA途径的unigene有24条,MEP途径unigene 有 17 条,Iridoid pathway 途径 unigene 有 63 条。进一步 SSR 位点分析,发现5442条unigene中含各类SSR位点6440个,其中843条unigene含有一个以上的SSR位点。(2)采用Hiseq2000技术对秦艽的根、茎、叶和花四种器官中基因的表达情况进行了分析,以秦艽转录组测序所得Iunigene为参考基因,四个样品中检测到的unigene基因数分别达到12,891、19,351、13,954和14,213条。分别筛选出秦艽根、叶和花三个器官特异表达的基因2条、3条和11条,且龙胆苦苷等环烯醚萜苷类化合物合成的主干途径的基因在秦艽花和根中表达较高,为进一步筛选器官特异性启动子奠定了基础。(3)200 μM外源茉莉酸甲酯处理秦艽后,秦艽根中獐芽菜苦苷、马钱酸、獐芽菜苷三种物质的含量变化不明显;但龙胆苦苷的含量明显上升,处理后10 d龙胆苦苷含量约是对照的1.57倍。(4)MeJA处理后秦艽根部样品数字基因表达谱分析结果表明,处理后表达量上调的基因多为抗性相关基因和功能未知的基因。可能由于龙胆苦苷的合成的主要部位不是在秦艽根部或者下游未知途径中关键酶基因尚未发现,对于已经清楚的龙胆苦苷主干途径上的基因仅有少数基因的表达下调,大多基因无显著差异变化。此外,进一步分析后筛选到两条受MeJA高效诱导表达的WRKY转录因子,可能参与龙胆苦苷合成的调控。