SbMYB转录因子响应干旱胁迫调控黄芩活性成分合成的初步研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hotheart2009
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黄芩的干燥根是我国常用大宗药材,具有清热燥湿、泻火解毒等功效。近年来,黄芩野生资源趋于枯竭,栽培黄芩种质退化,部分地区季节性极端干旱导致其活性成分低而不稳,致使临床用药存在风险,而适度干旱促进黄芩体内活性成分的合成与积累。因此,发掘响应干旱胁迫参与活性成分合成相关转录因子,从分子水平上阐明干旱胁迫调控黄芩活性成分生物合成的机制,将为提高黄芩活性成分的含量及药材品质和培育优质黄芩新品种奠定基础。本研究基于前期黄芩转录组测序及数据解析,筛选SbMYB转录因子。以盆栽一年生黄芩和培育的黄芩组培苗为实验材料,分别通过无水处理及添加不同浓度的PEG进行干旱胁迫。利用HPLC检测样品中活性成分含量,qRT-PCR检测黄芩苷合成途径关键酶基因及SbMYB转录因子的相对表达量,结合其动态变化规律及三者之间的相关性,探讨黄芩活性成分、关键酶基因及转录因子之间的调控关系,初步揭示SbMYB响应干旱胁迫调控黄芩活性成分生物合成的分子机制。主要研究结果如下:1.适度干旱胁迫促进了盆栽黄芩根茎叶中活性成分的积累。黄芩根、茎中8种活性成分总含量在干旱20 d时最高(分别217.95 mg/g,12.38 mg/g),与对照组(178.36 mg/g,6.62 mg/g)相比分别显著增加了 22.19%、84.60%;根中野黄芩素等6种成分含量在干旱胁迫第15 d—20 d较对照组极显著增加(P<0.01);黄芩茎中野黄芩苷等7种活性成分随着干旱胁迫程度的加重含量均增高;处理组叶中活性成分含量在干旱过程中高于对照组。2.SbMYB转录因子和黄芩苷合成途径关键酶基因均对干旱胁迫产生显著响应。黄芩根中7个关键酶基因及4个转录因子的相对表达量均在干旱胁迫第20 d时达到最高,极显著高于对照(P<0.01);茎、叶中PAL等基因及转录因子MYB2、MYB11在干旱胁迫期间表达水平均显著上调(P<0.05)。3.干旱胁迫条件下,SbMYB转录因子和黄芩苷合成途径关键酶基因的表达量以及活性成分含量之间存在显著相关性。(1)黄芩根中7个关键酶基因与黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素均呈现极显著正相关关系(P<0.01);黄芩茎、叶中野黄芩苷、野黄芩素、汉黄芩苷、白杨素分别与关键酶基因PAL、CHI、FNSII-2存在极显著相关性(P<0.01);(2)4个SbMYB在根中与汉黄芩苷等活性成分极显著正相关(P<0.01),在茎中与野黄芩苷等苷类物质显著正相关(P<0.05);叶中MYB2、MYB11与8种活性成分表现出极显著正相关性(P<0.01);(3)根中4个SbMYB与除CHI之外的6个关键酶基因均表现出极显著正相关性(P<0.01);茎、叶中也存在一定相关性。4.优化和建立了黄芩组织培养再生体系。结果表明:茎段为诱导黄芩愈伤组织形成的最佳外植体,最佳诱导培养基为:MS+1.0 mg/L6-BA+0.5 mg/LNAA,诱导周期约为20 d;诱导黄芩愈伤组织分化的最佳培养基为:MS+1.0 mg/L6-BA+0.5 mg/LNAA;在以不加任何激素的MS培养基作为生根培养基时,黄芩组培苗根部发育最好,适于移栽,生根率高达93.3%;适宜黄芩组培苗生长的最佳光照强度为8000 lx,光照时间为12 h/d,最适生长温度为22℃。5.PEG模拟干旱胁迫组培苗结果表明,SbMYB转录因子和关键酶基因的表达对PEG浓度响应及其活性成分积累的影响不同。高浓度(2.5%~10.0%)的PEG胁迫处理降低了黄芩组培苗中6种活性成分的总含量,而低浓度组(0.5%~2.0%)表现出促进作用;野黄芩苷等5种成分的含量及PAL等6个基因的表达量在短时间(3 d)低浓度(0.5%~1.5%)的PEG胁迫下极显著升高(P<0.01),但F8H表达下调;适度(6 d;0.5%~1.5%)的PEG胁迫促进MYB2、MYB11的表达,而MYB7、MYB15在短时间(3 d)高浓度(2.5%~10.0%)的胁迫下表达水平上调。相关性分析表明,PEG胁迫条件下黄芩组培苗中7个关键酶基因表达量与野黄芩苷等4种成分含量表现出极显著相关性(P<0.01);MYB2、MYB11分别与黄芩苷等成分极显著正相关(P<0.01),而MYB7、MYB15与之呈现负相关关系;4个SbMYB分别与7个关键酶基因的表达量之间呈现极显著相关性(P<0.01)。上述研究结果表明,SbMYB转录因子可能通过响应干旱胁迫调控黄芩苷合成通路关键酶基因表达促进黄芩体内活性成分的生物合成,从而提高自身的抗逆能力。这为进一步通过基因工程、种质创新和杂交选育等途径培育优良新品种,解决中药材种质退化、药材活性成分偏低及品质不稳定等提供新思路及理论依据。
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