甘草酸含量核心调控网络的功能基因多态性对甘草酸含量的作用机制研究

Glycirrhizinic acid content could not meet the requirment of Chinese Pharmacopoeia in 80% cultivated licorice root according to research data.Having good variety is the key step to solve the problem.However due to unclearence of genetic mechanism of glycirrhizinic acid biosynthesis, the research of breeding with high glycirrhizinic acid variety encountered difficulties. Recent experiments have demonstrated that effective genetic polymorphism of functional genes in glycyrrhizinic acid biosynthsis is the reason of glycyrrhizic acid content change.Based on the network theroy and new findings of our preliminary experiment,we present a new hypothesis: the functional gene polymorphism of glycyrrzhinic acid biosynths and core network are responsible for the variation of the glycyrrhizinic acid content in licorice root. A new methodology based on grey relational analysis and molecular model analysis has been used for the project.RT-PCR-sequencoing and RT-PCR-SSCP are combined to check the polyphism sites.This project will use the new method and technology to reveal new hypothesis, the results may promote the licorice molecular breeding theory and application research, lead to high-quality production of licorice, which has important theoretical significances and application prospects.

研究证实，八成栽培甘草的甘草酸含量达不到《中国药典》最低限量标准，解决此问题的核心是良种，但甘草酸含量变化的遗传机制不清，导致以甘草酸含量为目标的良种研究进展缓慢。申请者在已结题的国家自然科学基金课题中，利用甘草酸生物合成的功能基因多态性揭示甘草酸含量变化遗传机制，发现功能基因确实存在多态性，而且还影响甘草酸含量。申请者又从新的角度进行了研究，发现甘草其他代谢途径也影响甘草酸含量，推测甘草酸生物合成途径和其他调控甘草酸含量的代谢途径共同组成了甘草酸含量的核心调控网络。提出利用核心调控网络的功能基因多态性揭示甘草酸含量变化遗传机制的新思路，还提出利用RT-PCR-测序和RT-PCR-SSCP组合技术检测功能基因多态性的组合技术，利用灰色关联分析和分子模拟分析相结合辨识功能基因有效多态性的组合方法；本课题利用新思路、组合方法和组合技术开展研究，从理论上推动甘草酸含量调控理论研究，具有应用前景。

研究证实，八成栽培甘草的甘草酸含量达不到《中国药典》最低限量标准，解决此问题的核心是良种，但甘草酸含量变化的遗传机制不清，导致以甘草酸含量为目标的良种研究进展缓慢。申请者提出利用核心调控网络的功能基因多态性揭示甘草酸含量变化遗传机制的新思路， 还提出利用RT-PCR-测序和RT-PCR-SSCP组合技术检测功能基因多态性的组合技术，利用灰色关联分析和分子模拟分析相结合辨识功能基因有效多态性的组合方法；本课题利用新思路、组合方法和组合技术开展研究，从理论上推动甘草酸含量调控理论研究，具有应用前景。主要研究：（1）甘草酸含量核心调控网络代谢途径组成信息研究；（2）甘草酸含量核心调控网络的功能基因有效多态性组成信息研究；（3）甘草酸生物合成途径分支功能基因表达差异机制研究；（4）调控甘草酸含量的酶活机制的化学成分的研究。得到的结果主要为：（1）获得栽培甘草单株甘草酸含量的分组信息、获得甘草酸含量核心调控网络代谢途径组成信息，，甘草酸含量核心调控网络代谢途径为：黄酮类（甘草素、异甘草素､异甘草苷､芹糖基异甘草苷、芹糖基甘草苷、甘草苷）代谢途径、细胞分裂素（6-BA）代谢途径、脱落酸代谢途径和油菜素内酯代谢途径。（2）获得甘草酸含量核心调控网络的功能基因有效多态性组成信息，克隆得到甘草酸合成调控网络中关键基因NCED1、NCED3、 NCED4、PSY、IPT，基因多样性与甘草酸含量灰色关联分析结果显NCED1基因中影响甘草酸含量的主要变异位点是437bp位点A型， NCED3基因是966bp位点A型，NCED4基因是845bp位点G型，PSY基因的P1型，IPT基因为348bp处T型、821bp处A型、848bp处T型，在以后筛选高甘草酸种质材时，可以优先根据上述位点变异情况进行筛选。（3）获得甘草酸生物合成途径分支功能基因表达差异机制研究，得知甘草酸含量核心调控网络中主要功能基因的高效基因型可以促进甘草酸合成效率的提高；（4）获得调控甘草酸含量的酶活机制的化学成分的研究。