延边地区膜荚黄芪生物合成毛蕊异黄酮葡萄糖苷的分子机制研究

Radix Astragali is a common Chinese medicine and mainly depends on cultivation because of sharp decrease of wild resources now days. However, with the incomprehension on forming mechanism of effective components and blind production, contents of effective components were reduced and medicinal quality was irregularity, which seriously affected industrial development of Radix Astragali. Calycosin 7-O-β-D-glucoside is one of the main effective components, has many pharmacological activities and is used as one of the 'marker compouds' for identification of Radix Adtragali. In this project, we will use the A. membranaceus in Yanbian as material, study the change of calycosin 7-O-β-D-glucoside contents and gene expression characteristics of its pathway in gowth and development of A.membranaceus in natural environment to understand the dynamical rules of calycosin 7-O-β-D-glucoside accumulation, find the key gene of its pathway. We will also study the effects of environmental factors on the key gene expression and calycosin 7-O-β-D-glucoside accumulation, definite the practical function of key gene on the control of calycosin 7-O-β-D-glucoside, uncover the molecular mechanism of calycosin 7-O-β-D-glucoside biosynthase. This project will provide theoretical base for planting, cultivation, qulity control of A. membranaceus in Yanbian area.

黄芪是一种常用中草药，随着其野生资源的锐减，现主要依赖人工栽培。不过在栽培黄芪过程中往往出现有效成分含量降低、药材质量参差不齐现象，严重影响了本地区黄芪产业的发展。主要原因是由于人们不了解黄芪有效成分生物合成机制，盲目生产引起的。毛蕊异黄酮葡萄糖苷是黄芪的主要活性成分，具有多种药理活性，是评价黄芪质量的标准之一。本研究的目的是以延边地区膜荚黄芪为材料，研究自然环境条件下膜荚黄芪生长发育过程中毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累变化和其生物合成途径基因的表达特性；探索毛蕊异黄酮葡萄糖苷累积规律、找出控制毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成的关键基因；研究环境因素对关键基因表达和毛蕊异黄酮葡萄糖苷累积的影响，明确关键基因对毛蕊异黄酮葡萄糖苷的调控机制和实际作用；揭示毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成的分子机制，为本地区膜荚黄芪种植、栽培和质量控制提供理论依据。

膜荚黄芪是正品黄芪，也是延边地区道地药材之一，随着其野生资源的减少，现主要依赖人工栽培。毛蕊异黄酮葡萄糖苷是黄芪的主要活性成分，具有多种药理活性，是评价黄芪质量的标准之一。不过，由于不了解本地区毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累规律和盲目生产，在栽培黄芪往往出现毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量减少、药材质量参差不齐现象，这严重影响了本地区黄芪产业的发展。本项目以延边地区膜荚黄芪为材料，研究了自然环境条件下膜荚黄芪生长发育过程中毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累变化及其生物合成途径基因的转录表达特性；了解了膜荚黄芪黄芪地上部和根的毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累受到不同水平的调控并确定了其采收时期、发现毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成由多个基因共同控制；低温和水分胁迫诱导了这些基因的表达和毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累，明确了多个基因对毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累的调控机制和实际作用；在转录水平上揭示了毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成是由毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成途径的多个基因共同协调表达的结果，这将为本地区膜荚黄芪种植、栽培和质量控制提供有力的试验依据和理论基础。同时，暗培养时低温和水分胁迫触发了膜荚黄芪不定根中相关激素的积累，而这些激素通过调节毛蕊异黄酮葡萄糖苷生物合成途径基因的表达来诱导了不定根中毛蕊异黄酮葡萄糖苷的积累。这就为利用这些激素和相关分子信号来实现膜荚黄芪不定根毛蕊异黄酮葡萄糖苷的规模化生产奠定了理论依据，展示了良好的应用前景。