光影响巫山淫羊藿黄酮类化合物代谢的机理及小RNA的调控作用

Epimedium wushanense has great value for use on medicial and scientific research. Based on the early results of physiological and biochemical studies, this research will focus on the molecular mechanism of the growth, development and flavonoid metabolism of Epimedium wushanense that affected by different light conditions. This study will apply techniques such as LC-MS, high-throughput sequencing, and some bioinformatic methods, systematically analyze the effects of light on the transcriptomes, the small RNA expression profiles, and the amount and types of flavonoids in the Epimedium wushanense leaves, and will construct the gene expression and regulation network that reflecting the effects of light on the metabolism of flavonoids such as icariin. Some functional genes or small RNAs that play significant roles in light induced biosynthesis of flavonoids such as icariin in Epimedium wushanense can be obtained in this study, and this work will be of help for understanding the molecular mechanism on small RNAs and functional genes cooperatively regulating the metabolism of flavonoids such as icariin in different light conditions. This study will systematically investigate the functions of small RNAs and the effect of light on flavonoid metabolism of Epimedium for the first time, the materials, methods and experiment designs all have paticular characteristics. This study can be help on the further analysis of the molecular mechanism of light affected flavonoid metabolism, also can be used as a basis for the cultivation and breeding of Epimedium, or the production of active ingredients of Epimedium by biotechniques.

巫山淫羊藿Epimedium wushanense具有重要药用价值和科研价值。在对巫山淫羊藿生理生化前期研究的基础上，本项目将在分子水平上，研究光影响巫山淫羊藿生长发育和黄酮类成分代谢的机理。本项目将结合LC-MS、高通量测序等技术和生物信息学方法，系统分析光对巫山淫羊藿叶片转录组、小RNA表达谱以及黄酮类组分和含量的影响，拟构建光影响淫羊藿苷类黄酮代谢的基因表达调控网络。本项目可以获得一些在光影响巫山淫羊藿黄酮类成分代谢过程中起关键作用的功能基因和小RNA，有助于理解在不同光照条件下，小RNA与功能基因共同调控淫羊藿苷等黄酮类成分代谢的分子机理。本项目是首次系统研究小RNA在光影响淫羊藿属植物黄酮类成分代谢中的作用，研究材料、研究方法和实验设计都独具特色，有助于深入解析光影响黄酮类成分代谢的分子机理及小RNA在其中的作用，也能够为淫羊藿栽培育种及通过生物技术方法生产淫羊藿类黄酮奠定基础。

淫羊藿是重要的药用植物，淫羊藿苷类黄酮是主要活性成分，拟巫山淫羊藿具有兼含大量淫羊藿苷类和花青素、淫羊藿苷类成分含量高且成分构成简单等特点，已经规模化栽培，是良好的研究对象。本项目设计了两期光处理，包括8个不同的光强梯度，以及4个光强下的4种光质处理，研究其生长发育、光合生理、叶绿体形态、激素水平，并结合转录组、蛋白质组、代谢组的数据进行综合分析。. 结果表明拟巫山淫羊藿生物量和淫羊藿苷类含量均光强72.7μmol•m-2•s-1（黄光）是最高，生物量主要与分枝数增加相关。淫羊藿苷类升高敏感光强为72.7μmol•m-2•s-1；花青素为90.9μmol•m-2•s-1。强光组的Pmax低于弱光组，163.6μmol•m-2•s-1下叶绿体损坏解体。弱光下IAA/ABA较高，ABA含量较低，强光下SA含量较高，ABA含量较高，IAA/ABA较低，可能与其阴生特性有关。. 鉴定了参与黄酮合成的33个结构基因和153个转录因子。光强诱导分析发现了4个差异基因和65个差异转录因子。黄光诱导发现4个差异基因和101个差异转录因子。体外验证了淫羊藿苷类合成关键基因FLS的功能，催化二氢山奈酚生成山奈酚和二氢槲皮素生成槲皮素的转化率分别99%和90%。.获得了淫羊藿中小RNA的表达谱，对miRNA成熟体鉴定出已知的miRNA412个，新的miRNA325个。找出了强光共同影响的5个miRNA，其中miR396的变化只与光强有关，与黄光不相关。找到2个可能与黄酮类生物合成有关的miRNA，并确定相应的靶基因。其中miRNAata-miR396c-5p_R1-15L21在降解组里面有靶基因440个，其中2个基因与黄酮合成相关。. 本项目为首次针对一种阴生植物光生理发育和分子方面较为系统工作，大量有价值的发现，值得深入研究。光促进淫羊藿苷类和花青素的作用差异，对于两类成分的调控机理研究也有重要意义。适宜的光强同时促进生长发育（从而提高生物量）和淫羊藿苷类活性黄酮的合成，具有重要的应用价值。