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： 茶树类黄酮生物合成基因的多组学挖掘与表达分析
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY20.00(估)缴送 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 茶树类黄酮生物合成基因的多组学挖掘与表达分析/.石兴云著/.赵明指导 |
| 出版发行项： | 2019.6.5 |
| 载体形态项： | 103页:;+图 :;+30cm |
| 提要文摘： | 儿茶素、花青素、黄酮和黄酮醇等类黄酮化合物（Flavonoids）是茶叶重要的生物活性与呈味物质，其生物合成涉及苯丙烷生物合成（Phenylpropanoid biosynthesis）、类黄酮生物合成（Flavonoid biosynthesis）、黄酮与黄酮醇生物合成（Flavone and flavonol biosynthesis）以及花青素生物合成（Anthocyanin biosynthesis）等途径，并经过糖基化、酰基化、甲基化等修饰。涉及到基因主要包括苯丙氨酸裂解酶（Phenylalanine ammonia-lyase，PAL）、肉桂酸羟化酶（Cinnamate 4-hydroxy-lase，C4H）、4-香豆酰CoA连接酶（4-coumarate CoA ligase，4CL）、查尔酮合成酶（Chalcone synthase，CHS）、查尔酮异构酶（Chalcone isomerase，CHI）、黄烷酮-3-羟化酶（Flavanone-3-hydroxylase，F3H）、类黄酮合成酶（Flavonoid synthase，FLS）、类黄酮3'-羟化酶（Favonoid 3'-hydroxylase，F3'H）、类黄酮3'5'-羟化酶（Favonoid 3'5'-hydroxylase，F3'5'H）、二氢黄酮醇还原酶（Dihydroflavonol 4-reductase，DFR）、无色花青素还原酶（Leucoanthocyanidin redutase，LAR）、花青素合成酶（Anthocyanidin synthase，ANS）、花青素还原酶（Anthocyanidin reductase，ANR）、类黄酮3-O-糖基转酶（UDPG-flavonoid glucosyltransferase，UFGT）、反式肉桂酸4-羟化酶（Trans-cinnamate 4-hydroxylase，TC4H）、香豆酸3'-羟化酶（Coumarate 3'-hydroxylase，C3'H）、咖啡酰辅酶A-O-甲基（Caffeoyl-CoA-O-methyltransferase，CCOM）、莽草酸O-羟基肉桂酰转移酶（Shikimate O-hydroxycinnamoyltransferase，SOHC）等编码基因。上述基因普遍具有多拷贝，形成多个转录本，参与类黄酮物质合成的具体拷贝及转录本仍有待研究。 随着茶树基因组的发布，以及三代全长转录组测序技术的出现，为茶树类黄酮生物合成基因与途径的深入挖掘提供了新的机会，有望获得更系统更全面的知识。为此，本论文开展了以下研究：（1）基于茶树基因组的茶树类黄酮生物合成基因挖掘；（2）基于三代全长转录组测序的类黄酮生物合成基因转录本挖掘；（3）基因表达及其与类黄酮化合物含量相关性的研究。主要结果如下： （1）基于茶树基因组的类黄酮生物合成基因挖掘 下载共3.02Gb的云抗10#茶树基因组数据，应用KEGG代谢通路分析，分别发现332、70、3和6个基因注释到苯丙烷生物合成途径、类黄酮生物合成途径、黄酮与黄酮醇生物合成途径、花青素生物合成途径。其中包括6个PAL、13个C4H、12个4CL、32个CHS、7个CHI、3个F3H 、8个FLS、1个F3'H、1个F3'5'H、3个DFR、4个LAR、5个ANS、1个ANR和6个UFGT。 （2）基于三代全长转录组测序的类黄酮生物合成基因挖掘 以紫娟和云抗10#新梢为材料，应用PacBio单分子实时测序技术分别得到73856和83264条全长转录本Isoforms。紫娟中有84、46、7和6个Isoforms，云抗10#中有133、37、2和4个Isoforms，分别注释到苯丙烷生物合成途径、类黄酮生物合成途径、黄酮与黄酮醇生物合成途径、花青素生物合成途径。发现参与类黄酮物质合成途径上有96个基因发生可变剪切事件，产生了333个Isoforms。紫娟测序得到 9个PAL、3个C4H、7个4CL、2个CHI、6个CHS、2个DFR、4个F3H、1个F3'H、6个F3'5'H、5个FLS、1个ANR、2个LAR、4个ANS和6个UFGT；云抗10#得到12个PAL、3个C4H、8个4CL、2个CHI、3个CHS、1个F3H、1个F3'H、2个F3'5'H、4个FLS、1个ANR、1个LAR、1个ANS和4个UFGT。 （3）基因表达及其与类黄酮化合物含量相关性的研究 应用实验室前期获得的紫娟和云抗10#新梢差异转录组数据，分析发现注释到上述4个途径的基因有75个下调表达，39个上调表达，其中RPKM值大于10的有71个。合并相似性大于80%的转录本，最终得到34条在紫娟和云抗10#中具有差异表达和较高表达量（RPKM>10）的Isoforms，包括2个PAL、2个C4H、2个4CL、1个CHI、3个CHS、1个F3H、2个F3'5'H、3个FLS、1个DFR、2个LAR、1个ANS、1个ANR、6个UFGT、1个TC4H、1个C3'H、3个CCOM和2个SOHC。 以11份叶色不同的茶树资源新梢（一芽二叶）为材料，应用高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）检测8个儿茶素[儿茶素（Catechin，C）、表儿茶素（Epicatechin，EC）、儿茶素没食子酸酯（Catechin gallate，CG）、没食子儿茶素（Gallocatechin，GC）、表没食子酸儿茶素（Epigallocatechin，EGC）、表儿茶素没食子酸酯（Epicatechin-3-gallate，ECG）、没食子儿茶素没食子酸酯（Gallocatechin gallate，GCG）、表没食子儿茶素没食子酸酯（Epigallocahechin-3-gallate，EGCG）]、6个花青素 [飞燕草色素（Delphinidin，Dp）、矢车菊色素（Cyanidin，Cy）、天竺葵色素（Pelargonidin，Pg）、芍药花色素（Peonidin，Pn）、矮牵牛色素（Petunidin，Pt）、锦葵色素（Malvidin，Mv）]、3个黄酮醇[杨梅素（Myricetin，My）、槲皮素（Quercetin，Qu）、山奈酚（Kaempferol，Kf）]和木犀草素（Luteolin，Lu）共18个类黄酮化合物的含量。应用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）测定上述34个基因的相对表达量，并与化合物含量进行相关性分析发现：在11份茶树资源中大部分早期基因（PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3'H和F3'5'H）表达量与儿茶素、花青素、黄酮醇和黄酮物质含量呈正相关；DFR表达量与Dp、Pg和Kf含量呈正相关，与C和EGCG含量呈负相关；ANS表达量与CG、ECG、Cy、Dp、Pg和Pn含量呈正相关，与GC呈负相关；ANR表达量与4种儿茶素（CG、ECG、GCG和EGCG）、4种花青素（Dp、Cy、Pg和Mv）和My含量呈正相关；LAR（LAR1和LAR2）表达量与ECG呈负相关。 测定紫娟和云抗10#不同发育时期的13份样品的基因表达量与化合物含量，分析发现两个叶色不同品种中多数基因表达与化合物含量相关性呈相反的模式，主要表现在云抗10#中这些基因（4CL1、ANR、ANS、C3'H、C4H1、C4H2、CCOM2、CHI、CHS1、CHS2、CHS3、F3'5'H1、F3'5'H2、F3H、FLS1、FLS2、FLS3、LAR1、LAR2、PAL、SOHC1、TC4H、UDP75A15和UDP94P12）的表达与儿茶素（或部分儿茶素）含量正相关，但与主要的花青素（Dp）含量负相关；在紫娟中部分基因（ANS、C3'H、C4H1、CCOM2、CHI、CHS2、F3H、FLS1、FLS2、FLS3、PAL1、PAL2、TC4H和UDP94P12）与儿茶素含量负相关，而与花青素（Dp、Pt、Pn、Pg和Mv）含量正相关，这些基因的差异表达是否与两个品种花青素含量不同有关，值得深入研究。另外，My、Qu、Kf和Lu含量分别与部分基因表达量呈正相关或负相关。 综上，本论文通过对茶树基因组的分析，以及三代全长转录组测序与分析，系统获得了可能参与茶树类黄酮物质生物合成的基因，并研究了部分基因在三组材料共24份样品中的表达情况，分析了上述基因表达量与儿茶素、花青素和黄酮醇等18个化合物含量相关性。发现一些基因表达量与化合物含量存在正或负相关，可能与不同样品类黄酮物质含量差异有关；另外发现云抗10#和紫娟不同发育时期叶片中，基因表达与类黄酮物质含量相关性模式相反，为进一步研究茶树类黄酮物质生物合成，尤其是茶树红紫色突变体中花青素积累机制提供了新的线索。本研究还提供了2个茶树品种的全长转录组，具有重要的科学意义。 |
| 并列题名： | Multi-omics Survey of Genes involved in the Biosynthesis of Flavonoids and their Expression Analysis in Camellia sinensis |
| 题名主题： | 茶树 类黄酮 多组学 相关性分析 学位论文 |
| 中图分类： | S571.1-533 |
| 个人名称等同： | 石兴云 著 |
| 个人名称次要： | 赵明 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20200312 |