联合组学技术破解地黄指标成分毛蕊花糖苷生物合成分子机制研究

【作者】 周延清； 王向楠； 张喻； 张丹丹； 杨珂； 刘永康； 段红英； 郭萌萌；

【机构】 河南师范大学生命科学学院； 河南省温县农业科学研究所；

【摘要】 毛蕊花糖苷是苯乙醇苷类化合物,分布在毛蕊花、地黄和肉苁蓉等多种植物的根、茎、叶和花以及一些植物的细胞培养物和发状根培养物中,具有抗炎症、抗菌、抗氧化、抗肿瘤、光保护、护肝、神经保护、免疫调节、抗辐射、降尿酸、护肺、护心血管、愈合等多种生物活性。因其毒副作用小、生物活性强和来源广而备受研究者青睐。为了探索解决生产毛蕊花糖苷植物资源越来越匮乏问题的途径,毛蕊花糖苷生物合成途径的研究逐渐被重视。然而,毛蕊花糖苷生物合成途径、酶及其相应基因还知之甚少。因此,急需解决其生物合成分子机制问题。本研究以地黄不同发育阶段根为材料,采用转录组测序技术和代谢组学技术挖掘了地黄毛蕊花糖苷生物合成关键酶、代谢物和编码酶的基因,初步建立其生物合成途径;根据毛蕊花糖苷在人与动物体内消化分解(上游)途径和中间产物,以及毛蕊花糖苷中配体及其生物合成途径既定配体和关键中间产物,假设地黄毛蕊花糖苷生物合成(下游)未知步骤和关键酶;根据毛蕊花糖苷中配体之间的化学键与假设中间产物的功能团决定的化学反应,假设其生物合成未知步骤和关键酶的基因;用代谢组学技术鉴定地黄代谢物验证假设中间代谢物的正确性;采用基因型依赖性表达分析技术鉴定两组学挖掘的和我们假设的关键酶基因合成毛蕊花糖苷的功能。目前,我们已经建立了完整的地黄毛蕊花糖苷生物合成途径,正在构建过表达载体和基因编辑载体,进行地黄遗传转化。期望能够通过对这些基因功能的进一步研究,全面揭示地黄毛蕊花糖苷生物合成分子机制。更多还原