遮阴对柠檬香茅中萜类化合物及其合成酶基因影响研究

为获取柠檬香茅(Cymbopogon citratus)中萜类化合物及其合成酶基因信息,以正常生长及遮阴下的柠檬香茅嫩叶为材料,进行代谢组学和转录组学结合q RT-PCR验证分析。代谢组分析结果表明,柠檬香茅所含萜类共23种,包括单萜4种、倍半萜4种、二萜8种、三萜3种和四萜4种。在遮阴下,柠檬香茅的二萜类银杏内酯C和四萜类虾青素相对含量更高。转录组测序结果表明,单萜生物合成涉及4类合成酶的24个基因,二萜生物合成涉及11类合成酶的49个基因,倍半萜和三萜生物合成涉及12类合成酶的58个基因,其中6类合成酶的8个基因在遮阴下的相对表达量显著提高,而前萘二烯加氧酶(c64786.0)基因正好相反。q RT-PCR分析表明,遮阴下4个FPKM值差异明显的萜类合成酶基因表达的变化趋势与转录组测序结果一致,但不同合成酶基因的差异表达量存在差异。因此,柠檬香茅所含4类共23种萜类化合物由27类合成酶共131个基因编码而来,不同光照强度影响9个合成酶基因的表达和2种萜类化合物含量。     

基于转录组和代谢组分析马齿苋根茎叶中类黄酮代谢

为获取马齿苋(Portulaca oleracea)类黄酮相关成分及其合成酶基因信息,该实验以马齿苋根、茎和叶为材料,进行代谢组学和转录组学联合分析,并从中选取6个差异表达基因进行qRT-PCR验证分析。结果显示:(1)代谢组分析发现,在马齿苋根、茎和叶中共获得32个类黄酮相关化合物,包括3个异黄酮、8个黄酮醇、11个黄酮、3个黄烷酮、5个黄烷醇和2个花青素,其中20种类黄酮化合物在马齿苋根、茎和叶部含量接近,而另外12种在不同部位含量差异明显。(2)转录组分析发现,在马齿苋根、茎和叶中共获得93条类黄酮主要合成酶基因簇信息,包括20条CHS、3条CHI、7条F3H、2条ANS、11条IFS、21条F3′H、2条F3′5′H、2条DFR、2条ANR、1条LAR和22条UF3GT。(3)qRT-PCR结果显示,所获取的6个参与类黄酮合成的酶基因,在马齿苋根、茎和叶中上下调表达趋势与转录组测序结果完全一致,但不同合成酶基因差异表达倍数不完全相同。研究表明,在马齿苋根、茎和叶中存在大量的类黄酮化合物及其合成酶基因,但不同类黄酮成分在不同部位含量不同,其合成代谢相关酶在不同部位的表达量也存在差异。     

杂交兰及其花艺突变体中类黄酮成分差异的代谢-转录组联合分析

为探索杂交兰花艺突变体变异的分子机理,该研究以杂交兰‘玉凤’及其花艺突变体‘双艺金龙’为材料,利用靶向代谢组学和转录组学鉴定两者中类黄酮化合物含量差异及其相关通路上的差异表达基因。结果表明：(1)代谢组分析发现,杂交兰‘玉凤’和‘双艺金龙’花瓣中共检测到271种类黄酮代谢物,其中黄酮醇类和黄酮类代谢物的相对含量约占总类黄酮的30%～50%;共检测到38个差异代谢物(15个上调,23个下调);‘玉凤’中差异最高的代谢物二氢山奈酚-7-O-葡萄糖苷(黄酮醇类)含量是‘双艺金龙’的124 444倍,‘双艺金龙’中差异最高的代谢物3,5,7,3′,4′-五羟基-5′-异戊二烯基黄酮(黄酮醇类)含量是‘玉凤’的7 244倍。(2)KEGG分析显示,差异代谢物显著富集在类黄酮、黄酮和黄酮醇生物合成途径。其中,在类黄酮生物合成途径上,根皮苷、黄腐醇、二氢山奈酚、二氢杨梅素和表没食子儿茶素含量升高,柚皮苷和二氢槲皮素含量降低;在黄酮和黄酮醇生物合成途径上,三叶豆苷和槲皮素含量均下降。(3)转录组分析共筛选到563个差异表达基因,与‘玉凤’相比,‘双艺金龙’中有220(39.1%)个基因上调表达,343...     

高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’黄化变异机理

为了探讨茶树黄化变异和高茶氨酸形成机理,文中选用‘福云6号’和高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’为试验材料,利用超微电镜、广泛靶向代谢组学、靶向代谢组学和转录组学联合分析了茶树黄化变异的相关色素、代谢组及转录组数据。结果表明,通过靶向测定主要生化成分,共鉴定到5种儿茶素、可可碱和咖啡碱,以及20种游离氨基酸,包括茶氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和谷氨酸等,其中,‘福黄2号’的氨基酸含量显著高于‘福云6号’,茶氨酸含量高达57.37 mg/g。叶片的超微结构显示,‘福黄2号’叶绿体细胞结构模糊,基粒片层大部分排列散乱、间隙大,类囊体呈丝状。色素测定显示,叶绿素a和叶绿素b、类胡萝卜素、类黄酮等色素含量显著下降,叶绿素酶（chlorophyllase,CLH）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）、类黄酮3β-羟化酶（flavonoid 3β-hydroxylase,F3H）和类黄酮3'',5''-羟化酶（flavonoid 3'',5''-hydroxylase,F3''5''H）等相关关键调控基因发生显著变化。与‘福云6号’相比,‘福黄2号’中共鉴定出138个差异代谢物（significantly changed metabolites,SCMs）和658个差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）,KEGG富集分析表明,SCMs和DEGs显著富集到与氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢以及三羧酸循环等途径。‘福黄2号’黄化表型可能是光合作用蛋白、叶绿素代谢基因和叶绿素含量的缺乏所致。高茶氨酸的积累可能由于黄化叶中低氮消耗,以及碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,使得氨基酸合成通路中的代谢物及相关基因表达上调,茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。     

不同成熟度树葡萄叶片中类黄酮合成转录组基因分析

为了解树葡萄(Myrciaria cauliflora)类黄酮合成相关酶差异表达基因信息,对其幼叶和成熟叶进行全转录组测序并比较分析。结果表明,从树葡萄幼叶和成熟叶中获得59 321条单基因簇(Unigenes),在8大数据库共注释到32 912条Unigenes信息,其中类黄酮合成代谢相关酶基因77个,在成熟叶片中显著下调表达的基因6个,包括2个CHI、1个CHS、1个F3H、1个2-羟基异黄酮脱水酶基因和1个ANS。5个差异表达基因经qRT-PCR验证的结果与转录组测序结果相符合。因此,树葡萄叶片中含有大量不同种类黄酮合成代谢相关酶家族基因,成熟叶片中类黄酮含量显著减少是由于少量相关基因显著下调。     

建兰花色形成的分子调控机理研究

为探究建兰花色形成的分子调控机理,该研究以同株建兰黄绿色、红色花瓣为实验材料,采用高通量Highseq测序技术进行转录组文库构建,从基因水平探索花色物质的合成代谢通路及关键调控基因的转录活性。结果表明:(1)转录组测序共获得131 110 030条过滤序列(Clean Reads)、106 479条单基因(Unigenes),通过NR、GO、COG、KEGG等公共数据库比对,获得了29 748个有注释信息的Unigenes。(2)建兰黄绿色花瓣与红色花瓣中包括20个类黄酮合成代谢相关差异表达基因,与黄绿色建兰花瓣相比,红色花瓣中776个基因转录表达量上升,589个基因转录表达量下降,在KEGG数据库被注释到93条代谢通路,涉及6条类黄酮合成代谢相关的途径,共20个差异表达基因(83Unigenes)。(3)QRT-PCR分析显示,所选20个基因在建兰2种颜色花瓣中的表达量比值趋势与转录组FPKM比值趋势一致,表明该研究获得的转录组数据具有较高的参考价值;其中分支酸、苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸4-羟化酶、4-香豆酸:辅酶A连接酶基因表达上调,有利于类黄酮前体积累;查尔酮合成酶、二氢黄酮醇还原酶、花青素合成酶基因在黄绿色花瓣中几乎不表达,在红色花瓣中表达明显上调,可能与建兰花色形成相关。     

黄秋葵花和果荚转录组测序及类黄酮代谢差异表达分析

采用Illumina Hi seq 2500转录组高通量测序,构建黄秋葵花和果荚转录组文库,并利用测序评估、差异基因功能注释等生物信息学方法进行分析。研究结果表明：(1)分别获得黄秋葵花和果荚有效数据7.12 Gb和8.14 Gb,碱基百分比(Q30)均达到91.0%以上。(2)获得差异表达基因(DEGs)1 336个,其中上调基因319个,下调基因1 017个。(3)获得功能注释的基因有1 131个,GO将455注释基因归成41个功能小类,主要涉及代谢过程、催化活性、单一生物过程和细胞过程等过程;KOG注释了472个DEGs,涉及23个功能分类,其中与次生代谢直接相关过程O和Q类别获得111个注释结果;KEGG将372个DEGs注释到80条代谢通路中,获得F3H、F3′5′H、DFR、ANR、ANS、GT、LAR共10个关键差异基因,其中F3H、DFR在黄秋葵花中表现上调效应,F3′5′H、ANR、LAR在黄秋葵果荚中表现显著上调效应,ANS、GT则分别在花和果荚中均有上调或下调效应。(4)实时定量PCR分析显示,其中7个差异表达基因得到的相对表达量与转录组表达谱分析趋势完全一致。(5)类黄酮代谢途径分析表明,黄秋葵花通过F3H、DFR、ANS、GT途径将NAR催化为生成花青素苷;果荚则将NAR通过F3′5′H将催化为DHM,后在FLS催化下生成黄酮醇类物质等;部分NAR在F3H、 DFR催化下,生成无色飞燕草素苷元,再分别在ANS、LAR作用下,进入花青素苷元和原花青素合成途径。该研究结果丰富了黄秋葵转录组信息,为黄秋葵类黄酮物质纯化和功能利用提供参考依据。     

基于转录组学和代谢组学联合分析草珊瑚萜类化合物生物合成的组织特异性分布

本研究旨在探究草珊瑚叶和根中萜类化合物的组织特异性分布差异,解析其药效品质差异形成的分子机制。采用液相色谱-质谱联用技术(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和Illumina HiSeq^TM高通量测序技术获得草珊瑚[Sarcandra glabra (thunb) naka]叶和根的代谢组学和转录组学数据。代谢组学结果表明参与叶和根中萜类合成的差异代谢物有50个,包括法尼西基半胱氨酸、甘油醛-3-磷酸、甲羟戊酸-5-磷酸等。转录学结果表明差异代谢酶基因有57条,包括ACTC、HMGCR、MVK、DXS与KS等,并预测了MYB、C2H2、AP2/ERF-ERF等7个转录因子参与调控草珊瑚不同组织部位中萜类的合成和积累差异。实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)结果显示,随机选取的8个参与萜类合成的酶基因在草珊瑚不同组织部位中的表达趋势与转录组学测序结果一致。本研究有助于阐明草珊瑚叶和根临床疗效差异形成的分子机制,同时为草珊瑚的资源开发利用奠定基础。     

基于代谢组学分析黑老虎植株不同部位黄酮类成分

黑老虎的根是常用中药,黄酮类化合物是药用植物的主要活性成分之一。为探究黑老虎植株叶和茎中可能含有与根类似或具有高度富集的类黄酮化合物,挖掘其利用价值。该文利用广泛靶向代谢组学技术,鉴定了黑老虎的叶、茎和根的代谢物,并根据结构配置分类,解析其中类黄酮的多样性和丰度。结果表明:(1)黑老虎叶中类黄酮数量(80个)>茎(73个)>根(67个),3个部位均有61个相同的黄酮类化合物,叶和茎中含有更多的黄酮醇类化合物,从而使类黄酮多样性高于根。(2)在3个部位积累量比较高的是黄酮醇类、黄酮类、黄烷醇类和查尔酮类,其中黄酮醇和黄酮在茎和根积累量下降,导致类黄酮丰度从叶(24.00 × 10⁷)-茎(13.45 × 10⁷)-根(9.05 × 10⁷)连续大幅度下调。(3)叶和茎中含有大量与根相同和多种根中没有的类黄酮,可以考虑替代或互补利用,3个部位儿茶素类化合物表达量都较高,叶中还富含槲皮素及其衍生物,具有较高的利用价值。     

基于转录组测序的羽衣甘蓝叶色相关基因分析

叶色是羽衣甘蓝重要的观赏性状之一。本研究采用Illumina Hi-Seq2500高通量测序技术,对基因型纯合的紫叶和白叶羽衣甘蓝叶片进行转录组测序,筛选差异基因并与GO和KEGG数据库比对进行注释分析,分析羽衣甘蓝叶色形成相关基因。结果显示,获得高质量短读序共104 608 770条,筛选出紫叶相对白叶的差异表达基因1 993个,其中上调表达基因1 094个,下调表达基因899个。根据GO功能分类可分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类64功能组。根据KEGG代谢通路分析可以分为171类,在叶色相关的类黄酮生物合成途径中黄酮醇合成酶(FLS)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)上调以及类胡萝卜素生物合成途径中的类胡萝卜素β-环化酶上调与紫叶形成关系密切。本研究丰富了羽衣甘蓝的转录组信息,获得了一些差异表达基因,为进一步研究羽衣甘蓝叶色形成的遗传机制提供了有价值的信息。     

紫背天葵叶片中花青素种类及合成调控基因转录组分析

为获取紫背天葵(Cynura bicolor DC.)叶片中花青素种类及其合成调控基因等信息,该试验以紫背天葵叶背面紫色以及经处理叶背面几乎全绿(对照)的叶片为材料,进行转录组测序分析,同时进行6个相关差异表达基因的qRT-PCR分析和6种花青素苷元的HPLC检测,以揭示紫背天葵特有的花青素苷元及其合成调控关键基因信息。结果表明:(1)在紫背天葵中共获得14个花青素苷元及32个花青素合成调控基因信息,其中表达量差异显著下调的4个基因为Pg(c11692)、Cy(c42112)、ANS(c38551)和3GT(c9064),表达量差异显著上调的2个基因是D FR(c35961)和3GT(c20283)。(2)qRT-PCR检测结果显示,上述6个基因在2种紫背天葵叶中的表达趋势(上调或下调)与转录组测序结果完全一致,但转录组测序检测到的表达趋势差异倍数比qRT-PCR检测结果更加明显。(3)HPLC分析显示,紫背天葵叶中均未检测到Dp、Pt、Pn及Mv等4类花青素苷元,但紫背天葵叶中富含Cy花青素苷元,且背面紫色的叶中Cy类花青素苷元含量(62.21 mg/kg)显著高于绿色叶对照(6.86 mg/kg);背面紫色和全绿叶中的Pg花青素苷元含量均低于0.43 mg/kg。研究推测,Cy和Pg花青素苷元在绿叶紫背天葵(对照)中含量显著降低可能是因为存在1个ANS和1个3GT正调控以及1个DFR和1个3GT负调控所致。     

Activation of flavonoid biosynthesis by solar radiation in bilberry (<Emphasis Type="Italic">Vaccinium myrtillus</Emphasis> L.) leaves

The effect of solar radiation on flavonoid biosynthesis was studied in bilberry (Vaccinium myrtillus L.) leaves. Expression of flavonoid pathway genes of bilberry was studied in the upper leaves of bilberry, exposed to direct sunlight, in the shaded leaves growing lower in the same plants and in fruits. Bilberry-specific digoxigenin–dUTP-labeled cDNA fragments of five genes from the general phenylpropanoid pathway coding phenylalanine ammonia-lyase and from the flavonoid pathway coding chalcone synthase, flavanone 3-hydroxylase, dihydroflavonol 4-reductase, and anthocyanidin synthase were used as probes in gene expression analysis. Anthocyanins, catechins, proanthocyanidins, flavonols and hydroxycinnamic acids from the leaves and fruits were identified and quantified using high-performance liquid chromatography combined with a diode array detector. An increase in the expression of the studied flavonoid pathway genes was observed in leaves growing under direct sun exposure. Also, the concentrations of anthocyanins, catechins, flavonols and hydroxycinnamic acids were higher in the leaves exposed to direct sunlight. However, the concentration of polymeric procyanidins was lower in sun-exposed leaves, whereas that of prodelphinidins was slightly increased. The results give further support for the protective role of flavonoids and hydroxy cinnamic acids against high solar radiation in plants. Also, the roles of different flavonoid compounds as a defense against stress caused by sun exposure is discussed.Abbreviations ANS Anthocyanidin synthase - CHS Chalcone synthase - DFR Dihydroflavonol 4-reductase - F3H Flavanone 3-hydroxylase - GPD Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase - PAL Phenylalanine ammonia-lyase     

荞麦黄酮及其生物合成调控研究进展

荞麦属植物资源丰富,且富含黄酮类成分。通过文献查阅,总结了荞麦黄酮历年研究情况以及热点研究领域。荞麦黄酮研究论文最早发表于1952年,在1952—1999近五十年的时间内,荞麦黄酮的研究论文较少,年发文量少于10篇,荞麦黄酮的研究处于起步阶段。自2000年后,荞麦黄酮逐渐获得更多研究学者的关注,年度发文量逐年上升。近年来,荞麦黄酮研究热点集中在植物学、食品科学技术、农学以及生物化学与分子生物学学科领域中,黄酮抗氧化活性相关的研究论文被引用次数较高,荞麦黄酮的生物活性与营养功能一直备受关注。目前,从荞麦中已经鉴定的黄酮类化合物达80种。槲皮素、山奈酚、木犀草素、鼠李素、异鼠李素、小麦黄素、柚皮素、杨梅素、芹菜素以及橙皮素是荞麦中常见的黄酮苷元结构,芍药色素、花翠素、矢车菊素为荞麦中多见的花青素类型。荞麦黄酮生物合成起源于苯丙烷代谢途径,PAL、CHS、C4H、4CL、CHI、LAR等黄酮合成途径中的多个关键酶基因以及MYB转录因子基因已被克隆鉴定。荞麦MYB转录因子在黄酮生物合成中发挥着重要的诱导调控作用,影响荞麦黄酮合成积累的因素主要有环境因素、植物生长调节剂、生物因素以及品种等,多个因素可相互交叉调控和影响荞麦黄酮的合成。该文通过回顾历年荞麦黄酮研究概况,总结黄酮化合物的种类,归纳黄酮生物合成途径调控机制及主要影响因素,为优质荞麦种植生产和优化提升荞麦产品的营养保健功能奠定理论基础和提供可行方案,为荞麦黄酮的深入研究指明方向。     

红树植物秋茄类黄酮代谢及其抗氧化活性对高盐胁迫的响应

以红树植物秋茄为试验材料,设置不同浓度NaCl(0、200和500mmol·L-1)处理的砂培实验,应用qRTPCR分析秋茄叶片中类黄酮物质合成上游的4个关键酶基因——苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)、肉桂酸羟化酶基因(C4 H)、4-香豆酰辅酶A连接酶基因(4CL)和查尔酮合成酶基因(CHS)的转录水平,并对关键酶活性进行了分析,同时测定了幼苗生物量、钾钠离子含量、类黄酮含量及其抗氧化活性,以探讨秋茄耐盐性与类黄酮物质的关系,为揭示木本植物耐盐机制奠定基础。结果显示:(1)在盐处理条件下,秋茄叶片中PAL、4CL、C4 H和CHS4个关键酶基因的转录水平显著上调,PAL、4CL、C4H酶活性和CHS含量随着盐浓度的增加而明显上升。(2)与对照相比,秋茄根、茎、叶干重在盐处理3d和15d后均无显著变化,而秋茄株高仅在200mmol·L-1盐处理15d后显著增加,其余浓度和时间均未发现有显著性变化。(3)随着盐浓度的升高,秋茄叶片类黄酮含量显著增加,K+/Na+明显下降,丙二醛含量显著降低,活性氧自由基清除率显著增加。研究表明,盐处理加强了秋茄叶片中类黄酮代谢过程中相关酶基因的表达,类黄酮物质的累积有助于其抗氧化能力的提高,进而提高秋茄的抗盐性,维持盐胁迫下秋茄的正常生长。     

Transgenic rice seed synthesizing diverse flavonoids at high levels: a new platform for flavonoid production with associated health benefits

Flavonoids possess diverse health‐promoting benefits but are nearly absent from rice, because most of the genes encoding enzymes for flavonoid biosynthesis are not expressed in rice seeds. In the present study, a transgenic rice plant producing several classes of flavonoids in seeds was developed by introducing multiple genes encoding enzymes involved in flavonoid synthesis, from phenylalanine to the target flavonoids, into rice. Rice accumulating naringenin was developed by introducing phenylalanine ammonia lyase (PAL) and chalcone synthase (CHS) genes. Rice producing other classes of flavonoids, kaempferol, genistein, and apigenin, was developed by introducing, together with PAL and CHS, genes encoding flavonol synthase/flavanone‐3‐hydroxylase, isoflavone synthase, and flavone synthases, respectively. The endosperm‐specific GluB‐1 promoter or embryo‐ and aleurone‐specific 18‐kDa oleosin promoters were used to express these biosynthetic genes in seed. The target flavonoids of naringenin, kaempferol, genistein, and apigenin were highly accumulated in each transgenic rice, respectively. Furthermore, tricin was accumulated by introducing hydroxylase and methyltransferase, demonstrating that modification to flavonoid backbones can be also well manipulated in rice seeds. The flavonoids accumulated as both aglycones and several types of glycosides, and flavonoids in the endosperm were deposited into PB‐II‐type protein bodies. Therefore, these rice seeds provide an ideal platform for the production of particular flavonoids due to efficient glycosylation, the presence of appropriate organelles for flavonoid accumulation, and the small effect of endogenous enzymes on the production of flavonoids by exogenous enzymes.