摘要
地黄（RehmanniaglutinosaLibosch.）是玄参科地黄属的多年生草本植物，主要为栽培品种，野生品种常生长于山坡及路边，其块根是传统中药之一，最初记载于《神农本草经》。地黄的种植中存在严重连作障碍，且长期采用无性繁殖方法种植，导致地黄种性退化，严重影响了产量和品质。因此，如何改善上述问题成为地黄产业化发展亟待解决的关键问题。萘乙酸（NAA）作为一种植物激素，可以提升地黄的产量，但其调控地黄产量和质量的分子机理尚不明确。本研究以NAA处理后的地黄和未处理地黄块根为实验材料，结合转录组和代谢组分析，筛选出NAA处理下的地黄差异基因及差异代谢物，以期为NAA改良地黄产量和质量的分子机理的研究奠定基础。主要研究结果如下： 1、通过对NAA处理与未处理地黄的表型进行分析，发现NAA处理可以提高地黄的单株重、块根个数以及块根的平均直径。与对照组相比，通过计算地黄的单株重，发现NAA处理可以使地黄产量提高20%左右。 2、HPLC分析显示，NAA处理的地黄中毛蕊花糖苷、梓醇和地黄苷D的含量分别为0.0117%、1.9867%和0.2437%，NAA未处理的地黄中毛蕊花糖苷、梓醇、地黄苷D的含量分别为0.0620%、0.7633%、0.2067%。上述结果表明，NAA处理可以使地黄中梓醇的含量显著上升，而地黄苷D和毛蕊花糖苷的含量变化不明显。 3、通过分析转录组数据，从处理组和对照组之间筛选出了1113个差异基因，其中上调的基因有596个，下调基因有517个。通过对差异基因进行KEGG注释，发现差异基因主要富集在半乳糖代谢、黄酮和类黄酮生物合成、苯丙素生物合成等50个代谢途径。挖掘出的与产量相关的基因主要有β-葡萄糖苷酶（BGLU）、4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）、咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因（CCoAOMT）、蛋白磷酸酶2C（PP2C）、Auxin-regulatedgeneinvolvedinorgansize（ARGOS）、扩展蛋白（EXPA1）、脂氧合酶基因（LOX）、淀粉合酶基因（SS4）等。 4、通过分析代谢组结果，从处理组和对照组之间鉴定出了脂类和类脂分子、苯丙素和聚酮化合物、苯环类化合物、有机氧化合物等7类共29种差异代谢物。其中上调的代谢物有11种包括beta-谷甾醇、乙醛酸、辣椒醇等，下调的代谢物有18种包括豆蔻酸、亚油酸、香豆素等。KEGG分析表明，差异代谢物主要富集在半乳糖代谢、苯丙素生物合成、不饱和脂肪酸生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等12个代谢通路。 5、转录组和代谢组联合分析的结果表明，差异基因和差异代谢物具有10个相同的KEGG代谢通路，分别为不饱和脂肪酸的生物合成、黄酮和类黄酮的生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、苯丙素生物合成、乙醛酸盐和二羧酸盐代谢、α-亚麻酸代谢、半乳糖代谢、类固醇生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢。采用qRT-PCR对筛选出的15个与质量相关的差异基因（EIN3、BZR1、GID2）和与产量相关的差异基因（PP2C、4CL、ARGOS、LOX等）进行验证，其中，80%的基因表达量上调，证实上述基因在NAA处理提高地黄产量和品质中起关键作用。 6、NAA通过生长素信号转导途径使ARF转录因子表达上调，进而调节下游与地黄产量和质量相关的基因的表达，最终通过调控差异基因与差异代谢物共有的KEGG途径来改善地黄质量与产量。
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