基于“分泌结构-萜类成分-基因表达”的关联性探讨茅苍术“起霜”的科学内涵

"Qi Shuang” is an important feature of quality evaluation for Rhizoma Areactylodis Lanceae, which is also a key property to distinguish Rhizoma Areactylodis Lanceae from others (rhizome of Atractylodes chinensis and Atractylodes japonica). However, the molecular mechanism of “Qi Shuang” has not yet been revealed. This project proposes that, “Qi Shuang” is formed on the basis of accumulation of hinesol and β-eudesnol in oil chambs of Atractylodes lancea, which is moderated by sesquiterpene synthase genes in sesquiterpene metabolic pathway. In our previous study, the chemotype and genotype data base of Atractylodes lancea have been established. Based on preliminary study, this project intend to study the relationship between structure and chemical compositions of “Qi Shuang” through combining with histochemistry, LCM and GC-MS technology, in order to definite the related controlling gene of chemical compositions of “Qi Shuang” and verify their functions through combining with LCM and RNA-seq, and to construct the relationship among “Secretory structure-Terpenoids-Gene expression”. It will interpret the scientific connotation of “Qi Shuang” in Atractylodes lancea, also to provide the theoretical basis for morphological identification and chemotype formation of Atractylodes lancea.

“起霜”是茅苍术质量评价的重要特征之一，亦是茅苍术区别于其他产区苍术（北苍术、关苍术）的主要鉴别点，但关于“起霜”的分子机制尚未揭示。本项目提出：茅苍术“起霜”现象的形成，是由于倍半萜合成途径关键酶的活性与基因表达受到影响，形成茅术醇和β-桉叶醇化学型，并在分泌结构“油室”部位积累而析出结晶。课题组前期已建立苍术属植物的化学型和基因型数据库，本项目拟结合组织化学、激光显微切割和GC-MS化学分析联用技术，确定“起霜”部位结构与成分的关系；结合激光显微切割和RNA-seq研究，明确“起霜”成分相关控制基因，并进行功能验证，构建“分泌结构-萜类成分-基因表达”之间的关系，阐明茅苍术“起霜”的科学内涵，为茅苍术的性状鉴定以及化学型的形成提供理论依据。

“起霜”是茅苍术质量评价的重要特征之一，亦是茅苍术区别于其他产区苍术 (北苍术、关苍术)的主要鉴别点，但关于“起霜”的分子机制尚未揭示。本项目的工作假说：茅苍术“起霜”现象的形成，主要是分泌结构“油室”倍半萜合成途径关键酶的活性与表达受到影响，导致“起霜”化学型茅术醇和β-桉叶醇积累析出结晶所形成。本项目针对上述假说，开展了如下的研究并得到相关结果：①开展了茅苍术“起霜”现象的本草学考证，通过查阅历代本草，对茅苍术“起霜”的历史源流进行了梳理与考证。②开展了茅苍术“霜”的性状特征和化学成分分析，创新性揭示了茅苍术“起霜”的成分主要由茅术醇和β-桉叶醇组成。③对不同产地茅苍术不同器官的挥发油成分进行比较研究，发现不同产地茅苍术挥发油成分及含量均具有差异，其中根状茎中化学成分最多，其次是须根、花、叶和茎。④建立了茅苍术的激光显微切割联合GC-MS检测体系，开展了不同化学型茅苍术挥发油成分及“霜”成分的组织分布研究，研究发现“霜”的主要成分为茅术醇和β-桉叶醇，是大别山型茅苍术的特征成分，主要存在于周皮和油室中。⑤开展了“起霜”型和江苏茅山型的茅苍术转录组学研究，构建了“起霜”型和江苏茅山型茅苍术不同器官的转录组数据库，并对不同产地茅苍术不同器官上调和下调的差异基因进行了筛选。⑥开展了茅苍术倍半萜合成途径关键酶基因筛选和转录水平研究，共筛选出53条参与萜类合成途径的关键酶基因。⑦开展了茅苍术倍半萜合成途径关键酶基因克隆和功能验证，对茅苍术SS等倍半萜合酶基因进行了体外酶促功能验证。⑧基本构建了茅苍术“分泌结构-萜类成分-基因表达”之间的关系，阐明了茅苍术“起霜”的科学内涵。. 项目共发表论文4篇，其中2篇SCI，项目负责人获得安徽省科技进步二等奖一项。