人参小RNA及其对人参皂苷生物合成的调控作用研究

小RNA(sRNA)，包括微小RNA(miRNA)和小干扰RNA (siRNA)，是近年新发现的、在植物生长发育、抗病抗逆和次生代谢产物生物合成中发挥重要调控作用的非蛋白质编码RNA。至今国内外还没有有关人参sRNA的文章。本项目将在已有的人参EST、遗传转化和人参皂苷合成相关基因等的研究基础上，结合我们在植物sRNA方面的研究经验，首先建立人参sRNA数据库和人参sRNA的靶基因数据库，为研究人参sRNA的调控机理奠定基础。随后将围绕sRNA对人参皂苷合成的调控作用这一科学问题，筛选与人参皂苷合成可能有关的sRNA，并用转基因技术分析1-2个筛选出的miRNA的生物学功能。研究结果将为彻底揭示sRNA在人参生长发育、环境胁迫和病虫害响应以及主要药用活性成分生物合成中的调控作用奠定基础，为培育药用活性成分含量高、抗逆抗病性强的人参新品种和为人参栽培生产提供理论指导。

人参（Panax ginseng C.A. Meyer）为五加科人参属多年生草本植物，是我国有几千年药用历史的名贵药材，具有广泛的药理作用，市场需求量大。近年来，连作障碍、病虫害和优良种质资源缺乏等问题突出，困扰着人参的栽培生产。加紧深入研究调控人参生长发育、环境胁迫和病虫害响应、主要药用活性成分生物合成调控的分子机理，势在必行。小RNA在植物生长发育、环境胁迫和病虫害响应以及次生代谢中发挥重要的调控作用，但人参小RNA还没有报道。在这种背景下，本项目（1）利用高通量测序结合生物信息学技术，对人参的小RNA组进行了系统分析，初步阐明了人参小RNA的组成、物种特异性和表达规律,发现人参中存在一个大、多样化且高度复杂的小RNA群体,发表了第一篇有关人参小RNA的SCI论文；（2）利用高通量测定结合生物信息学技术，分析了人参的降解组并鉴定人参miRNA的靶基因，初步揭示了人参miRNA的调控网络；（3）建立了人参组培再生及不定根发生体系，为开展人参基因功能研究、工厂化育苗以及人参皂苷大规模发酵生产奠定了良好基础；（4）克隆了2个人参皂苷生物合成相关基因的全长序列，发现它们为小RNA的前体, 表明这两基因有可能通过产生小RNA来发挥调控作用；（5）克隆了3个人参特异的丰富蛋白基因的全长序列，发现它们可产生大量小RNA；（6）鉴定出3703条人参和2660条毛地黄类似于mRNA的长非编码RNA （mlncRNA）并进行了比较分析，发现mlncRNA可介导小RNA发挥重要的生物学作用；（7）克隆并分析了在小RNA沉默通路中发挥关键作用的人参PgAGO1基因，为进一步分析人参小RNA的作用机制奠定了基础；（8）已发表论文4篇，其中SCI论文2篇，最新SCI影响因子分别为4.4和3.7，正出版的著作1章节，正审稿的论文1篇；（9）培养博士后1名，博士研究生1名，硕士研究生2名；（9）参加了2个国际会议并在其中1个会议上作分组报告。经过3年的努力，基本完成了计划预期的研究内容并在此基础上增加了部分工作，达到了“初步探讨人参sRNA的功能，为彻底揭示sRNA在人参生长发育、环境胁迫和病虫害响应以及次生代谢产物合成中的调控作用和为培育药用活性成分含量高、抗逆抗病性强的人参新品种奠定基础”的预期目标，研究结果具有较大的理论意义，并有一定的应用前景。