内生真菌促进苍术有效成分生物合成的信号转导及分子机制研究

基于微生物和植物相互作用影响植物次生代谢物生物合成的原理以及前期相关研究积累，以苍术为研究对象，开展内生真菌促进苍术有效成分生物合成的机理研究。提出：内生真菌促进苍术有效成分的生物合成是通过有益内生真菌激活苍术细胞内信号转导网络，从而调控苍术次生代谢途径中关键酶的基因转录与酶活性而实现的工作假说。工作路径是:（1）应用微生物学及现代分离分析手段研究有益内生真菌代谢产物中具有促进苍术有效成分生物合成的活性成分（群）；（2）应用植物细胞与组织培养方法研究有益内生真菌促进苍术有效成分生物合成的信号转导机制；（3）应用分子生物学技术及酶学方法研究有益内生真菌对苍术次生代谢途径中关键酶基因转录与酶活性的调控。从整体植株、细胞、酶学及分子水平研究有益内生真菌促进苍术有效成分生物合成的机理，从而为从内生真菌的角度阐释药材品质及其地道性的形成进行有益的探索与实践。

摘 要：基于内生真菌和药用植物相互作用影响药用植物次生代谢物生物合成的原理，本项目系统研究了苍术内生真菌的种群结构与功能。苍术内生真菌种群具有丰富的生物多样性，其中Fusarium、Penicillium、Rhizoctonia和Myriangium为优势种群。苍术内生真菌具有明显的组织专一性，以根茎和叶片中分布最多，且随着苍术生长期的不同而出现动态变化，在苗期和花期内生真菌种群较为丰富。以β-桉叶醇、苍术素等苍术有效成分为指标，采用植物细胞与组织培养法，从整体植株、细胞、酶学等水平筛选获得了4株有益内生真菌Fusarium sp3、Fusarium sp5、Myriangium sp2和Rhizoctonia SP1，其主要通过产生多糖诱导子显著促进苍术有效成分的生物合成。其中内生真菌Fusarium sp5诱导子可提高NADPH氧化酶的活性，诱导氧化迸发，显著促进H2O2的积累，激活倍半萜类代谢途径中关键酶HMGR的活性，促进β-桉叶醇的生物合成，处理组的产量达到66.59µg•g-1，比对照组提高了257.6%。由此可见，H2O2是参与内生真菌诱导子诱发茅苍术细胞中β-桉叶醇合成所必需的信号分子，通过激活HMGR，从而触发β-桉叶醇的生物合成。此外，内生真菌Rhizoctonia SP1诱导子通过诱导苍术细胞中一氧化氮合酶（NOS）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）以及乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的活性，显著促进苍术细胞的NO 迸发、SA 和苍术素的合成。且NO主要通过 SA 信号途径介导内生真菌诱导子激活ACC，显著促进苍术细胞中苍术素的生物合成。本项目通过揭示有益内生真菌促进苍术有效成分生物合成的机理，对于从内生真菌的角度阐释药材品质及其地道性的形成将是有益的探索，对于中药材的生产实践也具有重要的指导意义。