【摘 要】
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乌拉尔甘草（Glycyr rhiza uralensis Fisch）是最常用的大宗中药材,也是重要的药食两用植物,始载于《神农本草经》,被列为上品,主要以根和根茎入药,长期以来被用作草药和天然甜味剂,具有补脾益气、清热解毒、缓急止痛和调和诸药等作用。甘草酸（glycyrrhizicacid,GA）作为甘草中的主要生物活性成分之一,具有抗炎,抗癌,抗过敏和抗病毒的药理活性。目前以甘草为主要原料研发
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“甘草全产业链技术体系升级与产品开发”（2018YFC1706500）、“高品质道地中药材甘草、黄芩、金荞麦规模化种植及精准扶贫示范研究”（2017YFC1701400）； 国家自然科学基金项目“mlncR8和mlncR31调控毛地黄苷合成的分子机制”（81274015）；
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乌拉尔甘草（Glycyr rhiza uralensis Fisch）是最常用的大宗中药材,也是重要的药食两用植物,始载于《神农本草经》,被列为上品,主要以根和根茎入药,长期以来被用作草药和天然甜味剂,具有补脾益气、清热解毒、缓急止痛和调和诸药等作用。甘草酸（glycyrrhizicacid,GA）作为甘草中的主要生物活性成分之一,具有抗炎,抗癌,抗过敏和抗病毒的药理活性。目前以甘草为主要原料研发的药品和保健品已有3000多个品种,甘草及其提取物也广泛用于食品,化妆品等工业中,因此国内外市场对甘草的需求量巨大。然而,野生甘草为二级濒危植物,资源有限,其在生态保护方面也具有重要价值,不能随便采挖;GA结构复杂,使用化学方法合成存在成本高,不经济的情况;而人工培育甘草周期较长,并且由于种质不纯,近年来人工栽培甘草中GA含量不稳定,平均水平达不到2020年版《中国药典》规定的不得少于2.0%标准,严重障碍了甘草产业的健康发展。为了甘草资源的可持续发展和解决GA短缺的问题,近年来GA的生物合成日益引起了人们的关注。本研究在乌拉尔甘草（G.uralensis）基因组的释放以及近年来对GA代谢途径酶基因的解析基础上,测定了甘草不同组织根和叶的转录组和microRNA（miRNA）组。通过生物信息学方法依次鉴定了甘草中GA代谢途径酶基因转录本、转运蛋白、调控蛋白以及miRNA,筛选出潜在调控和靶向GA代谢途径酶基因的调控蛋白和miRNA。本研究首次综合mRNA和miRNA分析阐明其对甘草中GA合成的调控机制。本文的主要结果如下:（1）通过对甘草转录组的综合分析,总共鉴定了 18个GA代谢途径酶基因,3,924个转运蛋白基因,1,841个转录因子（TF）,401个转录调节因子（TR）和1,168个蛋白激酶（PK）。（2）通过对甘草根和叶中的GA代谢途径酶基因的表达量分析,并通过qRT-PCR验证证明酶基因在根中表达水平高于叶,从分子生物学角度解释了 GA在甘草中不同组织的含量差异。（3）通过共表达分析,筛选出2,374个转运蛋白,1,040个TFs,262个TRs和689个PKs基因至少与一个GA代谢途径酶基因高相关（|r|>0.8）。（4）通过ASprofile软件共鉴定甘草中发生50,970个选择性剪接（AS）事件,包括 2,168exon skipping（ES）,20,126Alt 3’（alternative 3’last exon,TTS）20,700 Alt 5’（alternative 5’ first exon,TSS）和3,671 intron retention（IR）。GA代谢途径的17个酶基因发生了多个AS事件,并都发生了 TSS和TTS类型AS。另外2,694个转运蛋白,1,073个TFs,297个TRs和775个PKs发生AS。（5）共鉴定198个保守miRNAs和1,696个甘草特异miRNAs,其分别作用553和2,474个靶基因。其中miRNA-n217家族靶向MK基因;miRNA-n244 靶向β-AS基因;miRNA-n69 靶向 HMGR基因;miR2119 靶向 GUCPR基因。另外318,8和218个miRNAs分别靶向调控了与GA高相关的150个TFs,34 个 TRs 和 88 个 PKs。（6）通过对miRNA及其靶基因负相关表达模式分析,共鉴定出6组miRNA/蛋白质编码基因对。包括 miR156f/SPL6（Glyur000050s00005683）,GumiRNA-n298/Putative transporter arsB（Glyur000323s00028436）,GumiRNA-n315/phylloquinone biosynthesis protein（Glyur000239s00017890）,miR390a/b-5P/hypothetical protein LR48Vigan09g172300（Glyur000005s00001047）,miR5037a-5P/pentatricopeptide repeat-containing protein and chloroplastic（Glyur000247s00015505）和 GumiRNA-n194-3p/hypotheticalprotein KK1020744（Glyur000039s00004183）/chalconereductasegenes（Glyur000746s00026700）。其中miR156f靶基因SPL6又与9个GA代谢途径酶基因负相关。miRNA通过靶向GA酶基因相关TF,间接参与GA的合成。对miRNA和TF的功能开展研究,可以潜在揭示其对GA合成的调控分子机制。
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