miRNA组学分析探讨茅苍术抽薹变异高效合成倍半萜的调控机制

【作者】 陈飞； 袁洁； 陈飘雪； 王翟； 戴传超；

【机构】 南京师范大学生命科学学院江苏省微生物与功能基因组学重点实验室江苏省微生物资源产业化工程技术研究中心；

【摘要】 源自江苏茅山的茅苍术是一种重要的道地药用植物,倍半萜是其主要活性成分。目前的问题是野生茅苍术已罕见踪迹,人工培育困难重重,尚无优良的种质资源;活性成分调控进入瓶颈期,止步于前体法尼基焦磷酸的合成途径。我们前期获得一种抽薹时间明显提前的茅苍术变异株,且倍半萜含量大幅增加,抽薹时间提前将有利于茅苍术根茎的形成,而茅苍术的倍半萜积累空间正是位于根茎中的油室。最近的研究表明,植物的次级代谢物生物合成与其基因簇所处的表观遗传状态有着密切的关系,通过表观遗传操作能大范围改变植物的次级代谢产物谱,激活大量次级代谢产物的生物合成,将极大丰富植物次级代谢产物的研究。茅苍术作为我国著名的道地药用植物,虽然对于其活性成分倍半萜的生物合成途径解析工作已初步展开,但是关于其表观遗传方面的研究尚未见报道。我们在前期工作中对茅苍术抽薹变异株和出发株做了RNA-Seq(SRA登录号为SRP132548)和miRNA-Seq(SRA登录号为SRP132474)的组学分析。生物信息学分析表明:相比于出发株,茅苍术抽薹变异株中分别有406个已知miRNA和80个新型miRNA发生了显著变化,对这些差异miRNA的进一步分析表明,它们的靶基因中有很多涉及到根茎发育、激素合成和倍半萜合成的相关基因。qRT-PCR分析证明了在茅苍术的多个生长时期,根茎发育和激素合成的相关靶基因随着对应miRNA的降低而大幅表达。倍半萜合成相关的基因主要包括转录因子WRKY基因、SPL9基因,以及大根香叶烯合酶A基因(AlGAS)、橙花叔醇合酶基因(AlNES1,AlNES2)、β-石竹烯合酶基因(AlCPS1,AlCPS2)和β-法尼烯合酶基因(AlFS)等倍半萜合酶基因,这些倍半萜在茅苍术多样化的倍半萜形成过程中可能充当着骨架类倍半萜的作用。该研究从理论上初步解释了表观遗传因子miRNA如何通过茅苍术的植物形态发生调控倍半萜的合成,后续研究中我们期望能够借助这株提前抽薹变异的茅苍术种质资源建立一种重要的倍半萜合成调控模型,为倍半萜合成途径的精细解析和合理调控奠定基础。更多还原