高通量测序解析大青叶有效成分的生物合成途径

中药大青叶是菘蓝的干燥叶片,主要活性物质为吲哚类化合物,包括靛蓝、靛玉红、色胺酮等,以上吲哚类化合物的生物合成起始于色氨酸途径,目前在植物中的合成机制还未完全阐明.本研究以成熟菘蓝叶片为研究对象,对茉莉酸甲酯诱导的叶片进行了转录组分析,对已知途径进行了转录组注释,并对未解析途径进行了预测分析.分别获得了色氨酸代谢途径中色氨酸、吲哚乙酸、吲哚苷和萜类吲哚生物碱合成几个代谢支路中16个催化步骤的38个编码基因.通过共表达网络分析,预测转录因子bHLH125可能对吲哚途径具有核心调控作用;CYP2A6-1和CYP735A2等蛋白可能催化生成靛蓝、靛玉红、色胺酮前体的羟基化反应,对这两个蛋白与底物分子的结合进行分子对接建模,均显示对吲哚分子具有较好的结合力.本研究为后续开展菘蓝代谢调控和育种,以及开展吲哚类物质合成生物学研究提供候选基因.     

雷公藤植物内生Micromonospora sp. M66生产的一组吲哚生物碱

【目的】研究稀有放线菌——雷公藤内生小单孢菌(Micromonospora sp.M66)的次级代谢产物,为微生物药物或农用生物制剂开发提供结构多样的化合物资源。【方法】利用薄层层析、正(反)相硅胶柱层析、凝胶层析、液相色谱等技术对M66菌株中次级代谢产物进行分离纯化,利用波谱技术对化合物进行结构鉴定。【结果】最终分离纯化了7个单体化合物,结合质谱与核磁技术对这7个化合物进行了结构解析和鉴定,它们属于一组吲哚生物碱。化合物2是重要的植物生长调节剂,化合物3对淋巴细胞性白血病细胞P388、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母的增殖有抑制作用,化合物6对金黄色葡萄球菌有很好的抑制作用。【结论】化合物3-7首次从小单胞菌中鉴定出来,表明该小单孢菌具有较强的利用吲哚或色氨酸合成次级代谢产物的能力和挖掘生物碱类药物的潜力。     

水稻品种过氧化物酶活性和木质素含量与抗稻瘟病菌的关系(简报)

8个水稻品种的幼苗接种稻瘟病菌后,第3d抗病品种比感病品种过氧化物酶活性增加得快,5～7d后则相反。未接菌的抗病品种比感病品种含有较多木质素。接菌后第7d感病品种较抗病品种诱导了更多木质素。表明稻瘟病菌侵染早期,过氧化物酶活性的增加与抗病性有一定相关性,出现病斑症状后相关性则不明显。     

flg22诱导的拟南芥转录组分析及芥子油苷代谢途径的变化

flg22是细菌鞭毛蛋白N端的一段保守性极高的区域,能够诱导植物天然的免疫反应,为全面了解植物在受到细菌性病原菌侵害后的系统响应,利用Illumina Hiseq2000对flg22处理和未处理的拟南芥幼苗进行转录组测序。对两组数据进行差异表达分析,共获得1 200个差异表达基因,包括290个下调基因和910个上调基因。对差异表达基因进行GO富集分析和KEGG pathway富集分析,结果显示,flg22处理后,拟南芥在能量代谢、氨基酸代谢及次生代谢产物的生物合成等方面产生了巨大变化。芥子油苷是一类在植物防御病原菌的天然免疫反应中起重要作用的次生代谢产物,因此对芥子油苷代谢途径的变化进行了深入分析。根据测序结果,Flg22处理后吲哚族芥子油苷合成途径的基因表达水平显著提高,而脂肪族芥子油苷代谢途径几乎没有变化,进一步对吲哚族芥子油苷合成途径的关键酶基因进行Real Time RT-PCR的分析,验证了测序结果的正确性,证明了吲哚族芥子油苷在植物抗病防御反应中的重要作用。这为深入理解病原菌诱导的植物防御性反应及吲哚族芥子油苷的抗病机制提供了大量参考数据。     

转化毛状根获得萝芙木生物碱的研究

药用植物萝芙木(Rauvolfia verticillata)的无菌苗被含有Ri质粒的发根农杆菌(Agro—bacterium rhizogenes)感染后,诱导出毛状根(Hairy root)。将毛状根分离,除菌后,在不合激素的Ms固体或液体培养基上培养,从296个株系中筛选出Rv 19、RV 26,RV 37和RV53Eq个生长速度快、分枝数量多等优良特性的无性系。对毛状根中次生代谢产物的提取和测定表明,四个无性系均含有原植物体所具有的吲哚生物碱。为应用转化毛状根技术获得植物次生代谢产物开辟了一条新的有效途径。     

解淀粉芽胞杆菌HZ-12中ysnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径研究

【目的】吲哚-3-乙酸是调控植物生长发育和生理活动的重要激素,吲哚-3-乙酸N-乙酰转移酶YsnE在吲哚-3-乙酸合成中发挥重要作用,本研究拟解析解淀粉芽胞杆菌中YsnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径。【方法】通过基因ysnE缺失和强化表达,分析ysnE对吲哚-3-乙酸合成影响,结合吲哚-3-乙酸合成中间物(吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺、色胺和吲哚乙腈)添加和体外酶转化实验,解析ysnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径。【结果】明确了YsnE在解淀粉芽胞杆菌HZ-12吲哚-3-乙酸合成中发挥重要作用。发现ysnE缺失菌株中的吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈利用显著降低,揭示了YsnE主要发挥吲哚丙酮酸脱羧酶YclB和吲哚乙酰胺水解酶/腈水解酶/腈水合酶YhcX的功能,并通过参与吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈途径来影响吲哚-3-乙酸合成。【结论】初步揭示了YsnE通过影响吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈途径参与吲哚-3-乙酸合成的代谢机理,为吲哚-3-乙酸合成途径解析和代谢工程育种构建吲哚-3-乙酸高产菌株奠定了基础。     

乙烯诱导水仙成花相关代谢物和基因的筛选与分析

为了解乙烯诱导水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)成花的生理和分子机制,利用代谢组和转录组测序技术,筛选乙烯诱导水仙成花的差异表达代谢物和基因。结果表明,乙烯处理的侧芽检测到12个差异表达代谢物(DEM),包括7个上调,5个下调,其中,(±)7-表茉莉酸、多巴胺、亚精胺可能与乙烯诱导水仙成花正相关,而吲哚及其衍生物呈负相关。转录组共获得1 021个差异表达基因(DEG),包括615个上调,406个下调,在DEG中鉴定筛选了45个与乙烯信号传导和开花相关的差异表达基因。乙烯诱导水仙成花启动可能先激活水仙鳞茎内源植物激素(尤其乙烯)信号通路的变化,与开花促进基因FPF1和MADS15的上调表达密切相关。9个基因的qRT-PCR结果验证了RNA-Seq的正确性。这些差异表达的代谢物和基因在水仙成花启动过程中可能具有重要作用。     

萘醌-氧吲哚生物碱coprisidins生物合成途径的研究（英文）

【目的】新颖结构的天然萘醌-氧吲哚类生物碱coprisidins(A和B)分离自昆虫肠道相关链霉菌,具有预防癌症的活性。作为首例具有萘醌-氧吲哚骨架的生物碱,对其独特生物合成机理的研究可为Ⅱ型聚酮类化合物生物合成途径提供新的认知。【方法】本研究对coprisidins的产生菌Streptomycessp.SNU607进行全基因组测序,并根据测序结果的生物信息学分析初步定位coprisidins的生物合成基因簇;通过基因敲除以及异源表达手段确定coprisidins的生物合成基因簇;基于体内遗传学实验与生物信息学分析初步推导coprisidins的生物合成途径。【结果】Streptomyces sp. SNU607中有23个基因簇可能参与次级代谢,其中4个基因簇与聚酮合酶(PKS)相关;通过基因敲除与异源表达实验,本研究证实1个Ⅱ型PKS负责coprisidins的生物合成;基于生物信息学分析,我们推测copH/I/M/O/N构成了1个基因盒,并负责起始单元丁酰CoA的合成;KSβ(Cop B)的序列比对表明coprisidins的Ⅱ型PKS系统更倾向于合成C20的初始聚酮链。【结论】Coprisidins的萘醌-吲哚结构是由Ⅱ型PKSs催化形成,我们推测丁酰Co A是coprisidins聚酮骨架的起始单元,在最小PKS、聚酮酶、环化酶的催化下先形成类似蒽环的四环系统,随后在后修饰酶与氧化重排的作用下生成萘醌-氧吲哚骨架。本研究为进一步探究萘醌-氧吲哚类生物碱的生物合成机制奠定了基础,同时增加了Ⅱ型PKSs合成产物的结构多样性。     

栽培基质酸碱度对甘草生长及菌根效应的影响

为分析不同栽培基质的酸碱度对甘草生长及菌根效应的影响,使用摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae（FM）菌剂,以盆栽甘草Glycyrrhiza uralensis为材料,以灭菌的水洗河沙为栽培基质,设置接菌组和空白组,浇灌以不同pH的水,处理60d后测定各处理组的侵染率、侵染密度、生物量指标、光合指标以及有效成分含量。实验结果表明,未接菌条件下,甘草更适合在pH 6-7范围内生长;接种菌剂后,甘草在pH 7-8范围内长势更佳。在pH 7-8范围内,菌根对甘草生长的贡献率较大,光合速率较快。接菌情况下,pH 7时,甘草有效成分积累高于其他接菌组和未接菌组。因此在甘草的种植应用上,摩西管柄囊霉F. mosseae适合在中性和偏碱性栽培基质上配合使用。     

基于非靶代谢组学的多花黄精沙藏种子萌发过程差异代谢物分析

低温沙藏处理可以有效解除多花黄精种子休眠,为此本实验利用非靶向气相色谱-质谱法（GC-MS）技术鉴定并分析了沙藏后的多花黄精种子不同萌发时期的代谢产物及其变化规律。共鉴定出初级代谢产物116种,对多花黄精种子萌发0 d vs. 7 d,7 d vs. 14 d,14 d vs. 21 d,21 d vs. 28 d和28 d vs. 35 d等比较组进行成对比较筛选,分别筛选鉴定出各比较组中发生显著变化的差异代谢物（VIP>1.0,P<0.05）17,27,9,7和1种。多花黄精种子萌发初期的0 d、7 d和14 d,种子内的二糖（海藻糖,麦芽糖,蔗糖等）以及TCA循环中苹果酸,琥珀酸,柠檬酸等含量显著增加,而在14 d后整体呈现下降趋势。γ-氨基丁酸等氨基酸含量在萌发0 d时最高。HCA分析表明,大部分的代谢物含量在沙藏的多花黄精种子萌发7 d时上升,14 d后下降,表明在14 d前后初级代谢产物被快速消耗。KEGG分析表明,种子萌发过程中TCA循环,精氨酸与脯氨酸代谢,淀粉和蔗糖代谢等多条代谢通路表现活跃。在萌发初期,氨基酸、糖类和有机酸类物质含量三者间显著相关。本研究...     

基于LC-MS/MS分析马缨杜鹃花代谢物的变化

为分析马缨杜鹃(Rhododendron delavayi)花开花至凋谢过程中的代谢产物差异及其通路,该文采用LC-MS/MS技术对其花苞期、开裂期、传粉期、盛开期、衰老期和凋谢期的化学成分进行非靶向代谢组学分析。结果表明:(1)共鉴定到973种代谢物,主要包含黄酮类、有机酸、酚酸类、氨基酸及其衍生物、脂类、生物碱等。(2)主成分分析(PCA)表明样本间代谢物存在差异,结合正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)、t检验的P值和单变量分析的差异倍数(fold-change)筛选差异代谢物(VIP>1,P<0.05,Fc>2或Fc<0.5),涉及591种,在马缨杜鹃花期进入衰老期和凋谢期后差异代谢物数量和表达量显著上升,其中花苞期至开裂期差异代谢物的表达主要呈现下调,而进入衰老期和凋谢期后差异代谢物的表达主要呈现上调。(3)KEGG注释到68条代谢通路,其中差异代谢物极显著富集(P < 0.01)通路3条,包括苯丙素类生物合成、植物激素的生物合成和类黄酮生物合成。(4)结合苯丙素类、黄酮类等有效成分生物合成通路共筛选到10种代谢物包括苯丙氨酸(L-phenylalanine)、反式肉桂酸(trans-cinnamic acid)、查耳酮(chalcone)、柚皮素(naringenin)、对香豆酰基莽草酸(p-coumaroyl shikimic acid)、阿魏酸(ferulic acid)、松柏醇(coniferyl alcohol)、芥子酸(sinapic acid)、紫丁香苷(syringin)、槲皮素(quercetin)。此外,有效成分的差异代谢物表明苯丙素类生物合成代谢活动随马缨杜鹃花的发育逐渐增强,而黄酮类化合物生物合成逐渐减弱,这些关键差异代谢物可能对马缨杜鹃花的发育有重要的调控作用。该研究为马缨杜鹃花开花至凋谢进程中的有效成分代谢途径活性物质的研究提供了代谢组学基础,为进一步研究马缨杜鹃花花期调控的分子机理提供参考。     

碳离子辐照对菘蓝药性品质和分子水平的诱变效应

以野生菘蓝种子为材料,以不同剂量的碳离子(12 C6+)进行辐照处理(辐照剂量分别为30Gy、60Gy、90Gy、120Gy),分析12 C6+辐照对菘蓝种子萌发、幼苗生长、主要药用成分含量及其基因和蛋白质多态性变化的影响,为菘蓝品质育种、分子生物学研究和重离子辐照诱变的应用提供依据。结果显示:(1)12 C6+辐照处理后菘蓝的成苗率和根鲜重均随辐照剂量增加而逐步显著降低,其中30Gy处理对菘蓝生长抑制程度最小,但处理后菘蓝根中的主要药效成分4(3H)喹唑酮和靛玉红的含量增加幅度最大且最高,分别为野生型的2.2倍和2.3倍。(2)SRAP分子标记分析表明,菘蓝基因组的变异度随着辐照强度的增强而增大,其中30Gy处理的突变体与野生型相比有33.59%的多态性变异。(3)SDS-PAGE考马斯亮蓝染色和磷酸化染色分析表明,菘蓝的总蛋白和磷酸化蛋白表达水平均随辐照剂量变化出现了不同程度的改变,但并不与辐照强度呈正相关,说明植物在防御重离子辐照伤害时存在补偿机制。研究发现,30Gy的12 C6+辐照是菘蓝诱变的最佳剂量,能够显著提高其有效成分的含量,为优质菘蓝诱变育种奠定了基础。     

夏播菘蓝不同居群干物质和活性成分积累特征

为研究夏播菘蓝不同栽培居群的最佳采收期,以来自于山西、安徽、甘肃、江苏和河南的5个栽培居群为材料,设置盆栽土培实验,于菘蓝生长第60天起,间隔10d采样,共采集6次样品,采用HPLC法测定其叶片、叶柄、根茎和根4个部位的靛蓝与靛玉红含量。结果表明:(1)不同栽培居群随着生长时间的延长,其叶片、叶柄、根茎及根的生物量持续增加,其中来自于山西居群的生长最佳,干物质积累量最大。(2)不同居群叶片及叶柄内靛蓝与靛玉红含量最大值出现在生长90~100d,即为叶内活性成分积累的高峰期。(3)综合分析其活性成分与干物质的积累量,各居群叶片靛蓝积累量最大值在生长90~100d,叶片、叶柄与根茎的靛玉红积累量也出现在90~100d。若以中国药典的靛玉红为质量控制指标,同时综合考察其生物量指标与活性成分积累量指标,夏季播种的来自于山西、安徽和河南的菘蓝居群最佳采收期为生长100d左右,而来自于甘肃与江苏居群的则以生长90d最佳。     

板蓝根田节肢动物群落的结构与多样性研究

为了解河南省板蓝根田节肢动物群落的结构组成及物种多样性,该研究采用5点随机取样,通过网捕法和目测法调查并记录了板蓝根植株及地面上的节肢动物种类和数量。结果表明:河南省板蓝根田节肢动物群落物种丰富,共采集到2 613头,隶属于2纲10目39科61种。其中,植食性种类和捕食性种类均为24种(各占39.34%),寄生性种类4种(占6.56%),中性种类9种(占14.75%)。蜘蛛的种类占群落总种数的比例最高(为21.31%),表明田间的蜘蛛种类最丰富。鳞翅目物种的个体数量远大于其他的目,占群落个体数的43.78%。菜青虫和小菜蛾的相对丰盛度最高,分别为0.184 8和0.162 6,说明二者是河南省板蓝根田的优势害虫。捕食性集团的均匀度指数最高,寄生性集团的优势度指数最高,其中小菜蛾幼虫的寄生性天敌菜蛾盘绒茧蜂的数量最大。     

山樱花品种间花色差异的代谢组学研究

山樱花是世界著名的观花类植物，花色是其最重要的观赏特征。为探究影响山樱花品种间花色差异的代谢通路及关键代谢产物变化，该文利用LC-MS/MS技术对白色、绿色和粉色的山樱花品种进行花青素靶向代谢组学比较分析。结果表明：(1)共检测到42种花青素物质，主要包含矮牵牛素、飞燕草素、黄酮类化合物、锦葵色素、芍药花素、矢车菊素、天竺葵素和原花青素8种物质。(2)差异代谢花青素25种，包括11种下调、14种上调，其中有7种花青素在粉色花瓣中显著富集。(3)KEGG通路注释发现差异代谢物在花青素生物合成通路中显著富集，结合聚类结果发现矮牵牛素-3-O-葡萄糖苷是山樱花品种间花色差异产生的关键代谢物。该研究揭示了山樱花花色差异的代谢机理，为后续山樱花花色分子调控机制研究提供了一定的理论依据，也为新品种花色改良和选育提供了一定的科学参考。     

Phytochemical differentiation of Galanthus nivalis and Galanthus elwesii (Amaryllidaceae): A case study

The alkaloid patterns of two occasionally sympatric Galanthus nivalis and Galanthus elwesii populations were studied by GC/MS. Thirty-seven alkaloids were detected, 25 for G. nivalis and 17 for G. elwesii. Only five alkaloids were found to occur in both species. The populations of Galanthus differed in their alkaloid biosynthetic pathways. Thus, the alkaloid pattern of G. nivalis was dominated by compounds coming from a para–para′ oxidative coupling of O-methylnorbelladine. The predominant alkaloids in the roots of this species were found to belong to the lycorine and tazettine structural types; bulbs were dominated by tazettine, leaves by lycorine and flowers by haemanthamine type alkaloids. In contrast, the alkaloid pattern of G. elwesii was dominated mainly by compounds coming from an ortho–para′ oxidative coupling. The predominant alkaloids in G. elwesii roots, bulbs and leaves were those of homolycorine type, whereas the flowers accumulated mainly tyramine type compounds. The chemotaxonomical value of the alkaloids found in the studied species is discussed.     

氮素形态及配比对5个种源菘蓝的生物碱类成分和多糖的影响

以5份不同种源的菘蓝为材料,采用田间小区试验,设置不施氮(CK)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、NH4+-N/NO3--N=75/25、NH4+-N/NO3--N=50/50、NH4+-N/NO3--N=25/75和酰胺态氮等7个处理,分析比较了不同种源植株的靛蓝、靛玉红和总生物碱含量、(R,S)-告依春及多糖含量等指标的差异,为菘蓝栽培生产中氮素的高效利用提供理论参考。结果表明:氮素处理有利于提高山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内靛蓝含量,以及安徽亳州菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内的总生物碱含量;NH4+-N/NO3--N=50/50处理对山西运城菘蓝,以及酰胺态氮处理对山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内生物碱类成分的积累均有促进作用;与对照相比,氮素处理亦能有效地提高甘肃张掖菘蓝和陕西商洛菘蓝根内的(R,S)-告依春及安徽亳州菘蓝根内的多糖含量;安徽阜阳菘蓝(R,S)-告依春含量在任一氮处理下均远远高于其他种质菘蓝。研究表明,不同种源菘蓝对氮素处理的响应存在较大的差异,建议生产中综合考虑菘蓝的来源和需肥规律,采用经济有效的施氮组合,以提高其活性成分含量。     

不同产地浙贝母生物碱含量及其合成相关基因表达研究

为了探究浙贝母(Fritillaria thunbergii)药效成分积累量与生物碱合成相关基因表达水平之间的关系,该研究采用UPLC-MS、qPCR技术分别测定不同产地11个样品中总生物碱(贝母素甲和贝母素乙之和)含量和3个参与生物碱合成途径相关基因(HMGR、FPS和DXR)的表达量,同时运用生物统计学方法分析成熟期鳞茎生物碱含量与各基因表达量之间的相关性。结果表明:不同产地浙贝母成熟期鳞茎总生物碱含量存在显著差异(P<0.05),为0.2105% ～ 0.4612%; HMGR和FPS基因在盛花期组织表达、盛花期至成熟期鳞茎表达变化趋势同生物碱含量变化趋势基本一致; DXR基因在成熟期鳞茎中表达量最高,盛花期组织表达、盛花期至成熟期鳞茎表达变化趋势同生物碱含量变化趋势大体不一致; HMGR、FPS基因表达量分别与贝母素甲、贝母素乙和总生物碱含量呈显著或极显著正相关性(P<0.05或P<0.01),以FPS基因表达量与生物碱含量相关系数为最高,相关系数分别为0.672,0.631,0.664,DXR基因与生物碱含量呈低度相关性。由此可以推断,生物碱的积累受MVA途径中HMGR、FPS基因协同调控或者修饰作用明显,受MEP途径中DXR基因调控作用不明显。     

缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响

对基质育苗后水培的菘蓝进行缺氮与复氮处理,分析其生长情况及氮代谢产物含量的变化,探讨缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响,以提高菘蓝产量和品质以及栽培过程中的氮素利用效率。结果显示:(1)正常供氮条件下,菘蓝幼苗的叶绿素含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、硝态氮含量、靛玉红含量为最高,而其株高、主根直径、根的鲜重与干重、叶的鲜重与干重、根系活力均最小。(2)缺氮处理增加了菘蓝幼苗的主根直径和根干重,提高其根系活力和硝酸还原酶(NR)活性,促进游离氨基酸在叶中的积累;但降低了GS的活性,也降低了叶中硝态氮、可溶性蛋白、靛玉红及根中游离氨基酸的含量;缺氮对叶中靛蓝的含量无明显影响。(3)复氮处理增加了菘蓝幼苗的株高、主根长、根鲜重、叶鲜重、叶干重,提高了其根系活力,降低了NR和GS的活性;与对照相比,复氮降低了叶中硝态氮含量,提高了叶中可溶性蛋白、靛蓝及根中游离氨基酸的含量,但对叶中游离氨基酸和靛玉红含量影响较小。研究表明,缺氮后再复氮有利于菘蓝幼苗叶的生长,同时有利于增加其叶内靛蓝含量,从而提高其产量和品质。