书目详细信息
： 灯盏花全基因组关联分析与黄连和紫金龙异喹啉生物碱合成分子机理
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： | 灯盏花全基因组关联分析与黄连和紫金龙异喹啉生物碱合成分子机理/.和四梅著/.杨生超指导 |
| 出版发行项： | 2019.06.19 |
| 载体形态项： | 114页:;+图表:;+30cm |
| 提要文摘： | 灯盏花（Erigeron breviscapus）为菊科飞蓬属多年生草本植物，灯盏乙素与咖啡酸酯是其主要药效成分，用于治疗心脑血管类疾病，总产值达50多亿元。在国内市场上灯盏花的需求量也以每年15%左右的速度持续增加。灯盏花的灯盏乙素含量在叶片中最高，莲座叶也是构成灯盏花产量的主要部分（约占单株干重45%），因此多叶是灯盏花的主要育种目标。由于灯盏花调控开花和叶片数发育的机制仍不清楚，传统的选育方法难以实现，基因组重测序开发有效的分子标记，实现基因组选择育种是一种潜在有效的方法。由于先前本团队发表灯盏花基因组草图组装质量不高，限制了其重测序的进行。 本文更新了灯盏花参考基因组，获得高质量参考基因组。对多叶晚花与少叶早花灯盏花样本进行重测序，以新版基因组为参考，利用全基因组关联分析（GWAS）技术，发掘与灯盏花产量形成密切相关的叶数和花期性状关联的单核苷酸多态性（SNP）和关键基因。通过PCR、测序、筛出多叶与少叶植株中基因型频率明显差异的4个SNP，有望开发成分子标记用于育种。同时，鉴定并验证参与灯盏花主要活性成分灯盏乙素和咖啡酰奎宁酸酯生物合成关键酶基因。另外，还解析了两种药用植物黄连（Coptis chinensis）和紫金龙（Dactylicapnos scandens）重要活性成分异喹啉生物碱（IQA）生物合成途径，揭示了IQA生物合成分子机理。 主要结果如下： （1）由于灯盏花是自交不亲和性植物，基因组杂合度高，解析难度较大，导致主要以二代Illumina测序数据组装的灯盏花基因组组装质量不高。本研究通过加测三代PacBio数据（103.6X）和Hi-C数据（69.9X）更新基因组，获得一个基因组大小为1.43 Gb，scaffold N50达到156.82 Mb，contig N50达到140.95 kb的高质量组装版本，并锚定到9条假染色体。利用BUSCO软件对基因组组装完整性进行评估，灯盏花基因组完整度达88.5%。结合转录组数据，共注释43,514蛋白编码基因。灯盏花基因组成为菊科中组装最好的基因组之一，继向日葵（Helianthus annuus）以后第二个组装到染色体水平的基因组。 （2）本实验室2018年已经完全阐明了灯盏乙素的生物合成途径，实现了灯盏乙素的酵母全合成。研究表明，灯盏乙素的生物合成来自芹菜素，然后黄酮 6-羟化酶（F6H）催化芹菜素合成野黄芩素，野黄芩素再由 7-O-葡糖醛酸转移酶（F7GAT）催化而来。本文从更新基因组中鉴定了更多参与芹菜素合成路径基因，并通过灯盏花遗传转化验证其中6个关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸4-羟化酶（C4H）、4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）、查耳酮合成酶（CHS）、查耳酮异构酶（CHI）和黄酮合酶Ⅱ（FSⅡ）功能，发现过表达转基因植株中基因表达量与灯盏乙素含量都增加，表明这6个关键酶参与灯盏乙素的生物合成。同时也找到3个可能参与灯盏乙素合成最后一步的F7GAT候选基因。因此可以从优化前体基因与F7GAT方面来提高灯盏乙素产量。 （3）咖啡酰奎宁酸酯是灯盏花的另一类药效成分，与灯盏乙素有协同增效作用。绿原酸是典型的单咖啡酰奎宁酸，同时也是双/三咖啡酰奎宁酸生物合成的前体。利用酵母验证了酰基转移酶HCT4可以催化咖啡酰辅酶A与奎宁酸形成绿原酸，首次在灯盏花中解析绿原酸生物合成途径。我们也分析了灯盏花根茎叶花4个组织表达谱，发现大多数灯盏乙素合成关键酶基因在叶片中表达量最高，而咖啡酰奎宁酸酯合成路径关键酶基因在根中表达量最高。这与灯盏花叶中主要以灯盏乙素为主，灯盏花根部位中主要以酚酸类成分为主相吻合。另外，植物激素如赤霉素、脱落酸及水杨酸处理可以增加代谢路径基因表达量，激素处理可以作为一种有效筛选代谢路径基因的方式。 （4）本研究首次重测序灯盏花50株多叶（叶数>120片）单株，49株少叶（叶数<20片）单株。以更新基因组作为参考基因组来鉴定SNP，过滤后，共鉴定到4,269,673个高质量SNP。进一步统计分枝数、叶数及植株重三个性状相关显著SNP数目，分枝数有37个，叶数275个，植株重568个。本研究设计32对引物验证45个显著SNP位点，通过PCR、测序，筛到4个SNP位点在多叶、少叶单株中基因型频率有差异，有望开发分子标记用于育种。 （5）利用GWAS技术鉴定出与三个性状相关最显著SNP关联的基因分别为蛋白磷酸酶1（PP1）、玉米素-O-糖基转移酶（ZOG）及细胞分裂素-N-糖基转移酶（CKNG）。据前人研究PP1在蚕豆中正调控蓝光诱导的气孔开放，玉米素也是一种细胞分裂素，细胞分裂素O/N-糖基转移酶都可以催化细胞分裂素形成O/N-糖苷复合物。这种糖苷复合物被认为是一种无活性、稳定的植物激素的储藏方式。因此PP1可能通过调控气孔开放影响植物开花，而ZOG和CKNG可能在叶片发育时维持细胞分裂素稳态中起重要作用。这三个基因通过原位表达（转灯盏花）和异源表达（转拟南芥）来进一步验证功能。 （6）黄连属于毛茛科，是多年生草本植物。小檗碱、黄连碱、巴马丁、药根碱等异喹啉生物碱是黄连的主要活性成分。前三个化合物的生物合成途径已阐明，而药根碱的合成路径还不清楚。药根碱结构上有一个特殊的C7位氧甲基，我们用体外酶活试验证实了去甲乌药碱6-氧甲基转移酶（6OMT）和7-氧甲基转移酶（7OMT）可以催化去甲乌药碱-C6位O-甲基化并伴随少量C7位O-甲基化。这结果证实了药根碱可以通过去甲乌药碱C7位O-甲基化来形成，为后续研究药根碱的合成提供了重要基础。 （7）白族药紫金龙是罂粟科多年生草本植物，异紫堇定、青藤碱等异喹啉生物碱是其主要活性成分。化学分析发现紫金龙中异紫堇定含量最高，而异紫堇定生物合成途径尚未被解析。本研究测序紫金龙根茎叶转录组数据，鉴定并证实氧甲基转移酶（命名为DsOMT）可催化紫堇块茎碱C7位O-甲基化形成异紫堇定。首次完整地解析异紫堇定合成路径，为异喹啉生物碱合成关键酶基因挖掘提供借鉴。 |
| 并列题名： | Genome-wide Association Studies of Erigeron breviscapus and Molecular Mechanism of Isoquinoline Alkaloids Biosynthesis from Coptis chinensis and Dactylicapnos scandens eng |
| 题名主题： | 灯盏花 基因组 灯盏乙素 咖啡酰奎宁酸酯 全基因组关联分析 性状 学位论文 |
| 中图分类： | S567-533 |
| 个人名称等同： | 和四梅 著 |
| 个人名称次要： | 杨生超 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20200317 |