摘要
南方红豆杉(Taxus wallichiana var.mairei)作为重要的药源植物，因其体内高价值的天然抗癌物质紫杉醇及其它活性成分而受到全世界科学家的广泛关注。‘金锡杉’(Taxus wallichiana var.mairei cv.‘Jinxishan’)为南方红豆杉自然变异品系，假种皮黄色，含有丰富的紫杉醇，对其代谢及调控机理的研究，能为南方红豆杉种质资源的综合开发和利用提供理论基础。本文以南方红豆杉野生型及其变异品系‘金锡杉’为研究材料，通过广泛靶向代谢组比较两者针叶中代谢物含量差异，分析‘金锡杉’特殊代谢模式;利用转录组测序鉴定‘金锡杉’针叶中调控紫杉醇生物合成的关键影响因子。主要研究结果如下: 1.利用广泛靶向代谢组学结合HPLC的方法对相同生境下野生型及变异品系‘金锡杉’针叶中代谢物含量差异进行分析。共获得689种代谢物，其中71种代谢物在两种红豆杉中的含量差异显著。这些差异代谢物主要富集在糖代谢、脂质合成等初生代谢途径，以及黄酮类合成等次生代谢途径中。在‘金锡杉’针叶中，大多数氨基酸(5种)和黄酮类代谢物(10种)含量远高于野生型，而糖代谢(3种)、脂类合成(4种)及TCA循环(3种)途径中的差异代谢物含量均远低于野生型。黄酮类次生代谢物含量的升高与其上游3-O-对-香豆酰奎尼酸含量的升高有关，说明黄酮代谢物升高的原因可能归因于苯丙氨酸和酪氨酸代谢途径的协同调控，从而增强‘金锡杉’对外界环境的适应性;而‘金锡杉’中低含量的糖代谢、脂类生物合成以及TCA循环等途径中代谢物造成的能量供应不足，则通过合成大量的氨基酸类物质来维持平衡。 2.为了揭示‘金锡杉’中调控紫杉醇生物合成的关键因子，利用转录组测序技术比较南方红豆杉野生型和‘金锡杉’针叶的转录表达。结果显示，相比于野生型，‘金锡杉’中有2，889个差异表达基因上调，有2，347个下调;其中编码紫杉醇合成路径中羟基化和酰基化反应步骤的基因(TAT、T5H、T10OH和DBBT)在‘金锡杉’中上调表达可能是造成紫杉醇含量升高的主要原因。此外，本研究中由于编码COI1和JAZ的基因表达上调从而导致‘金锡杉’针叶中茉莉酸(JA)信号转导途径的激活，同时JA与赤霉素(GA)、生长素(AUXIN)和乙烯(ET)激素信号途径中相关基因(如DELLA、ERF1、ARF等)之间存在的交互作用最终导致紫杉醇含量的升高解释了紫杉醇生物合成途径中DEGs表达的上调的原因。而编码TFs的ERF、bHLH、MYB和WRKY家族基因的差异表达进一步表明激素信号对紫杉醇生物合成基因的调控是通过转录因子(TFs)所介导的。
NETL