银杏叶黄酮类化合物合成的转录、蛋白及代谢调控机制分析

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:zm4910588
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
银杏是我国特有的珍贵树种,具有典型的喜温暖和阳光的特性,适应性广,抗逆性强、寿命长、病虫害少、经济价值高;银杏因其形态特性及进化地位,具有极大的叶用价值、核用价值、观赏价值、生态价值、科研价值,目前银杏的药用价值在世界范围内得到广泛的关注和认可。银杏全基因组测序工作的完成为银杏高通量测序技术提供了可用的参考基因组,但有参转录组测序仍然未在解释银杏生物学现象中普遍应用;蛋白质组、代谢组,尤其是多组学联合分析技术是解释自然界生物学现象的有效工具,但目前在银杏中尚未得到应用。虽然到目前为止很多银杏黄酮合成相关的基因已经被克隆,但是针对它们的研究深度都比较浅,黄酮类化合物在银杏中的生物合成途径尚不十分清楚。本研究以叶用银杏良种‘银杏泰山(TS10)家系’为研究对象,对该家系叶片黄酮类化合物进行年动态观测,探明其黄酮类化合物年变化规律,并对银杏叶片中代谢物与黄酮类化合物进行定量、定性分析;首次在银杏叶片3个关键发育时期进行转录组、代谢组、蛋白组多组学分析,对银杏叶片中黄酮类化合物生物合成机理进行了系统研究,通过不同时期差异基因、差异蛋白、差异代谢物的表达量相互关系,筛选出银杏叶黄酮类化合物生物合成中关键调控基因、蛋白及代谢物,旨在探明银杏叶黄酮类化合物生物合成关键调控机理,为提高银杏叶片黄酮类化合物含量的提供分子生物学基础,推动叶用银杏药用价值的开发利用。本研究主要结果如下:(1)银杏叶及不同组织黄酮类化合物含量季节变化银杏叶黄酮类化合物含量存在极大的年变化,其随季节变化呈现出极显著的差异。在叶片发育早期的4月份,黄酮类化合物含量较高,后5-6月份随叶片的生长,黄酮类化合物含量逐渐下降,自6月份开始,黄酮类化合物含量逐渐上升,至9月份达到最高值,秋季银杏叶片变黄之后黄酮类化合物急剧下降,落叶前后达到极低值;银杏不同组织中黄酮类化合物含量差异极显著,在4月、7月、10月份均呈现出叶>根>茎的趋势;相同家系、同一时期的不同单株间黄酮类化合物含量差异也存在极大的差异。(2)银杏叶代谢物及黄酮类化合物种类的定量及定性分析银杏叶片中共检测到代谢物615种,被分为32大类,其中,种类最多的为有机酸及其衍生物,共有64种,占总数的10.41%。银杏叶片中含量最多的代谢物为脂质-脂肪酸,其次为糖类和黄酮;银杏叶片中共检测到黄酮类化合物165种,被分为8大类,其中含量最多的为紫云英苷;最低的为3-羟基黄酮。不同代谢物之间,氨基酸衍生物、黄酮、黄酮醇等代谢物与黄酮类化合物总量呈正相关,核苷酸及其衍生物、羟基肉桂酰衍生物、脂质-甘油磷脂等代谢物与黄酮类化合物总量呈负相关。(3)基于多组学分析的不同时期银杏叶片黄酮类化合物合成差异分析本研究转录组测序得到了高质量的cDNA文库,与银杏参考基因组平均比对率达89.42%,故银杏中应用有参转录组测序技术解释银杏生物学现象是可行的,本研究针对银杏不同发育时期(8月/H1、7月/H2、6月/H3)叶片进行了转录组、代谢组、蛋白组联合分析,在H1 vs H2组合中检测到2835条差异基因、64个差异蛋白、166种差异代谢物;H1 vs H3组合中检测到7421条差异基因、197个差异蛋白、164种差异代谢物;H2 vs H3组合中检测到3278条差异基因、23个差异蛋白、51种差异代谢物。Pathway分析表明,H1 VS H2组合中黄酮类化合物生物合成途径富集到差异基因15个,差异蛋白5个、差异代谢物15个,其反应前体苯丙烷的生物合成途径共富集到差异基因26条、差异蛋白4个、差异代谢物14种;H1 VS H3组合中,黄酮类化合物生物合成途径富集到差异基因20个,差异蛋白5个、差异代谢物13种,其反应前体苯丙烷的生物合成途径共富集到差异基因40条、差异蛋白6个、差异代谢物10种;3个时期对比组合均差异表达的代谢物19种,包括有黄酮类化合物5种,花青素1种,羟基肉桂酰衍生物2种;此外各样品中均富集到了大量的bHLH及MYB相关的转录因子,黄酮作为一种重要的次生代谢产物,在银杏的抗性及适应性中发挥着重要的作用。(4)银杏叶黄酮类化合物合成调控的关键机理将银杏叶不同发育时期对比组合中黄酮类化合物合成相关的基因、蛋白、代谢物进行精确筛选,选择出银杏黄酮合成过程中FLS、LAR、DFR等关键酶8个,调控各关键酶合成基因Gb14029(FLS),Gb14026(FLS),Gb08047(LAR)等16个。对关键基因表达量在银杏不同组织中进行验证,Gb33746(LAR)、Gb14024(FLS)、Gb07705(CCR)、Gb09086(DFR)基因表达量与黄酮类化合物含量呈正相关;Gb06448(LDOX)、Gb13074(Flavonoid 3’-Monooxygenase)、Gb10488(HCT)的表达量与黄酮类化合物含量呈负相关。银杏叶黄酮类化合物生物合成与苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸生物合成、脂肪酸代谢、脂肪酸生物合成等通路存在较强的相关性,通过一系列基因、蛋白及代谢过程相互调控。通过对不同时期差异基因的GO及KEGG功能注释,梳理出银杏黄酮类化合物的关键调控途径;CCR(肉桂烯醛基-CoA还原酶)与FLS(黄酮醇合成酶)是银杏叶黄酮类化合物的合成途径中关键的限速酶。
其他文献
作为一种处理不确定问题新的数学工具,软集充分使用了参数化的工具,克服了其他不确定理论的不足。而且模糊集和粗糙集都可以看做是特殊的软集,因此软集理论提供了更一般的处
在当今时代,微观权力让社会民众参与到城市公共空间设计中,保证公共空间设计能够满足城市大部分人的审美意识,并发挥民众对于公共空间的社会监督权力.本文先明确了微观权力的
油气资源在我国的国民经济中具有独特的地位和作用,促进了许多国内的跨国公司以及石油相关企业的发展,如中石油、中石化以及中海油。在全球化发展的今天,企业在发展的过程中
17世纪的英国内战,与反约翰王起义、"光荣革命"、三次议会改革相比,无论其参与面还是激烈程度,都要超过后者,但是其结果却要逊色于后者,可以说内战几乎没有改变英国。但是值
<正> 《九章》是《楚辞》中的重要作品,它包括《惜诵》、《涉江》、《哀郢》、《抽思》、《怀沙》、《思美人》、《惜往日》、《桔颂》和《悲回风》九篇。这九篇作品正如朱熹
为了提高餐饮业务水平和效率,网上订餐系统因运而生。本文首先给出了开发网上订餐系统的背景和意义并进行了需求分析,然后对系统功能设计、系统架构、实现技术等进行了阐述。
通过采用社会网络分析方法 ,选取了1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2012年6个年度的数据,通过计算网络密度、中心性、点度数和聚类系数指标,对国际稀土贸易格局进
作为一个农业大国,农产品对外贸易在整个国际贸易中的地位举足轻重。随着经济全球化的发展,农产品的对外贸易正面临着严峻的挑战,尤其是国际贸易的技术壁垒、绿色壁垒,对出口
两江新区的成立是重庆市在我国新一轮的区域经济改革试验中的一次重大机遇,在两江新区的建设发展中招商引资是具有主导地位的一个环节。因此,对招商引资进行分析对了解两江新
文章从历史的审视中 ,总结了各个时期的人地关系思想及对生态环境的影响 ,从中提出未来人地关系应是协调共生的关系 ,并提出可持续发展的环境伦理思想