马蓝是青黛的原植物,是福建的道地药用植物之一,但是有关马蓝无机元素与有效成分累积规律研究不多,对其有效成分形成与累积的分子机制更是不清楚,所以本文从无机元素和有效成分两个方面研究其在马蓝根茎叶中的累积特征,并测定了马蓝叶与根的转录组,分析注释了差异表达基因,特别是与有效成分和矿质营养元素累积相关的差异表达基因,以阐明马蓝有效成分累积规律及其分子基础。主要研究内容及结果如下所示。1、采用ICP-AES测定了福建马蓝根、茎、叶及土壤中Fe、Ca、Mg、Al、Cu、Ba、Zn、K、Mn、Ni、Na、Cr、As、Pd、Cd 15 种化学元素。结果显示,马蓝根K含量最高,茎中Ca含量最高,叶中Mg含量最高;在Fe含量方面,根茎叶中含量依次升高;而在Cu、Zn、Ni含量方面则恰好相反,根茎叶中含量依次降低;Mn和A1含量叶中含量显著高于根和茎;参照《药用植物及制剂进出口行业绿色标准》的元素限量标准,马蓝根、茎、叶中Cu、Pb、As含量均符合限量标准,但Cd含量则略高于限量标准。2、采用红外光谱法和高效液相色谱法构建了福建马蓝红外光谱与色谱指纹图谱。马蓝根、茎、叶红外光谱图的峰形大体相同,但根和茎在1260cm-1处存在共吸收峰,而叶在此处不存在吸收峰(或者不明显);马蓝叶液相色谱指纹图谱共标定了 7个共有峰,相似度基本在0.98以上,表明各批次马蓝叶的液相色谱指纹图谱基本一致。3、采用高效液相色谱法测定了福建马蓝根、茎、叶及土壤中有效成分靛蓝、靛玉红、腺苷、吲哚苷含量。液相色谱含量测定结果显示,不同产地和不同部位马蓝靛蓝、靛玉红含量各不相同,特别是不同部位含量差异较大。靛蓝、靛玉红含量表现为嫩叶>老叶>茎>根,嫩叶中靛蓝、靛玉红含量均最高(福州595.04μg·g-1、681.40μg·g-1,莆田 380.66μg·g-1、315.15μg·g-1,书峰乡 861.03μg·g-1、271.49μg·g-1),根中靛蓝、靛玉红含量均最低(福州10.26μg·g-1、4.55μg·g-1,莆田 9.31μg·g-1、7.82μg·g-1,书峰乡 24.33μg·g-1、10.58μg·g-1),从不同季节样本比较,7月份采集的马蓝叶靛蓝、靛玉红含量最高(1906.55μgμg·g-1、1575.48μg·g-1)。药圃栽培的马蓝腺苷、吲哚苷含量同样也表现为嫩叶>老叶>(茎、根),嫩叶中腺苷、吲哚苷含量均最高(福州4675.36μg·g-1、16062.77μg·g-1,莆田4323.15μg·g-1、20978.26μg·g-1),根中腺苷、吲哚苷含量均最低(福州227.52μg·g-1、8515.44μg·g-1,莆田197.48μg·g-1、170.45μg·g-1)。每年有采摘茎叶用于加工青黛的书峰乡马蓝根中腺苷含量低于叶(根111.94μg·g-1、叶1224.12μg·g-1),但吲哚苷含量高于叶(根8901.90μg·g-1、叶3637.46μg·g-1)。采用气质联用法测定了根、茎、叶中挥发性成分。马蓝根、茎、叶挥发油共初步识别了 29个成分,其中11个为共有成分。马蓝根挥发油识别了 13个成分,马蓝茎挥发油识别了 24个成分,马蓝叶挥发油识别了 19个成分。4、应用Hiseq 2500测定了马蓝叶与根的转录组,与菘蓝、寥蓝转录组进行了比对;并采用生物信息学方法对马蓝叶与根的转录组差异表达基因进行了分析。马蓝叶与根转录组测序分别得到43,037,897与40,189,081个Clean Data,De novo组装后共获得187,765条transcripts和71,071条Unigene,其中长度在1kb以上的 Unigene 有 16,186 条;采用 Nr、Swiss-Prot、KEGG、COG、GO 数据库对Unigene进行功能注释,共获得35,046条Unigene的注释结果;基于Unigene库的基因结构分析获得了 5,597个SSR标记,预测了 70,720个编码区序列,获得了 1,332,589个SNP。筛选到差异表达基因共6,580个,其中上调基因2,751个,下调基因3,829个。注释到差异表达基因5,661个,其中4个与氮代谢有关,42个与吲哚及其衍生物代谢有关,并找到了可能与吲哚苷代谢有关的87条CYP450,葡糖苷酶基因38个,尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶基因39个,色氨酸合酶基因4个,色氨酸氨基转移酶基因3个。马蓝叶与根中矿质营养元素相关的差异表达基因显示,马蓝叶与根矿质营养元素含量的高低,与该元素相关差异表达基因上调或下调表达基本一致。萜类合成通路分析结果表明,马蓝中萜类合成通路为植物常见的DXP途径,检索到磷酸甲羟戊酸激酶等34个萜类合成酶相关差异表达unigenes。从马蓝叶与根差异表达基因结果中检索到黄酮-3’-单加氧酶等27个与黄酮合成或代谢相关的unigenes。