不同种源桃儿七中鬼臼毒素含量差异的分子机制

The content of the active ingredients is the main index to evaluate the quality and clinical effect of medicinal plants, but it varies significantly in different provenances. Podophyllotoxin, one of the active components in Sinopodophyllum hexandrum (Royle) Ying rhizomes, displays strong anticancer activity and is the precursor substance to synthesis many anticancer drugs. Our previous studies indicated that there were significant differences in the content of podophyllotoxin in S. hexandrum from different provenances (P<0.05). Thus, the differences in different provenances are focused in the study, and the molecular mechanism is explored at the transcriptional level. The project is based on the complete randomized block design, and total 30 representative S. hexandrum provenances from the same resources nursery are used as the tested materials. The HPLC/DAD/MS method is used to screen the significantly different provenances in the content of podophyllotoxin. Through high throughput sequencing technology, the candidate genes regulating the differences of podophyllotoxin content are excavated. The gene overexpression technology is used to verify the function of these genes to determine key genes. Combined with the biological information of mRNA, miRNA, and lncRNA, the related ceRNA targeting regulation network is analyzed, in order to reveal the molecular mechanism of the differences in the content of podophyllotoxin from different provenances. The results of the project can provide a new basis for the quality control, molecular breeding of fine seed and the artificial synthesis of podophyllotoxin.

有效成分含量是衡量药用植物品质和临床效果的主要指标，但不同种源药用植物中有效成分含量差异较大。鬼臼毒素是桃儿七根茎中最具抗癌活性的有效成分，是合成多种抗癌药物的前体物质。项目组前期研究表明不同种源桃儿七中鬼臼毒素含量差异显著（P<0.05）。因此本项目以不同种源中鬼臼毒素含量差异性为契入点，拟从转录水平探究鬼臼毒素含量差异的分子机制。项目基于完全随机区组试验，以同一资源圃中30个代表性桃儿七种质资源为供试材料，利用HPLC/DAD/MS法筛选鬼臼毒素含量差异显著的种源；通过高通量测序技术挖掘调控鬼臼毒素含量差异的候选基因，采用基因过表达技术验证这些基因功能以确定关键基因；联合mRNA、miRNA和lncRNA三种RNA信息共同解析相关ceRNA靶向作用调控网络，阐明不同种源中鬼臼毒素含量差异的分子机制。研究结果可为桃儿七的质量控制、良种定向分子选育以及鬼臼毒素的人工合成提供新依据。

有效成分含量是衡量药用植物品质的主要指标，但在不同种质资源之间有效成分含量差异较大，这直接影响了药用植物品质和临床效果。因此，本项目研究了不同种源桃儿七鬼臼毒素含量差异的分子机制，对其质量控制、良种定向分子选育以及鬼臼毒素人工合成具有重要意义。主要研究结果如下。.（1）桃儿七资源品质评价.研究了桃儿七不同器官的化学指纹图谱、化学成分以及生物活性。根茎含有高含量的活性化合物，尤其是鬼臼毒素的含量高达71.615☓103 μg/mL。根茎还具有较高的生物活性，其MIC值/MBC值/MFC值和CIR50值分别为5/5/5 mg/mL和0.0718 μg/mL。七个器官样品被分为四类，且其品质明显表现出G1(根茎)>G2(根)>G4(果、花、叶)>G3(茎、叶柄)。因此，根茎是最佳的药用器官，根可以作为根茎的替代资源。.（2）桃儿七转录组SSR位点信息分析.基于桃儿七转录组测序数据，利用Trinity软件对clean reads进行拼接，组装了75245条Unigenes。利用MISA软件在总Unigenes中共识别到19934个SSR位点，含有SSR位点的序列有14809条，占总Unigenes的19.68%。优势重复基序为单核苷酸，占总SSR位点数的55.51%；其次为双核苷酸和三核苷酸，分别占总SSR位点数的22.87%和19.02%。.（3）松脂酚-落叶松脂醇还原酶基因（PLR）对鬼臼毒素积累的调控作用.组织特异性表达研究结果表明，除了根茎，PLR基因在美洲八角莲不同部位的表达与鬼臼毒素含量在不同部位的变化情况不一致。因此，鬼臼毒素的合成器官不一定是它的储存器官。鬼臼毒素经初步合成后，可能会转移到贮存器官进行储存累积，如根茎。.（4）鬼臼毒素含量显著差异种源筛选及其无性扩繁.通过对同一资源圃内30个桃儿七样品鬼臼毒素含量的差异化分析，筛选出了三个差异显著的种源[西藏八一镇（S1）、秦岭太白山平安寺（S2）和甘肃卓尼县（S3）种源]，并以此为母系，进行无性扩繁，为重点研究不同种源鬼臼毒素含量差异的分子机制奠定基础。.（5）多组学联合解析不同种源桃儿七鬼臼毒素含量差异的分子机制.解析了苯丙素生物合成通路，发掘不同种源桃儿七鬼臼毒素含量差异的关键调控基因，初步筛选出关键差异基因53条。