广藿香盾状腺毛发育基因的克隆与功能研究

The application of secondary metabolites is extremely limited considering their low content in plant. Now it is common that the synthesis and storage of many secondary metabolites possess a temporal and spatial pattern. Thus further investigation on this pattern will contribute to the increase of metabolites biosynthesis. Glandular trichomes are specialized for the biosynthesis, storage and secretion of copious amounts of secondary metabolites, and provide an excellent experimental platform for the biosynthesis and regulation of secondary metabolites considering their properties of simple construction, easy to harvest and vigorous metabolism. In this project we mainly target the peltate trichome in Patchouli where the bulk of patchouli oil is stored. High-throughput sequencing and differential gene expression analysis will be used to screen the peltate trichome candidate genes. The virus induced gene silencing (VIGS) system and gene transformation will be applied to characterize the functions of these genes in the peltate trichome development, and the molecular mechanism of peltate trichome development and effects on the yield and constituents of the essential oil will be further assessed. This work will provide new approaches and ideas for the improvement of the regulation of secondary metabolites biosynthesis.

次生代谢产物在植物中的低含量积累，是限制其广泛应用的主要因素。目前在这些化合物合成及存储的时间和空间的特异性上达成了一致的共识，对该时空特异性的深入解析将有助于调控这些代谢物的高效合成。腺毛作为许多次生代谢物合成、储存甚至分泌的重要场所，具有结构简单、易提取分离、代谢旺盛等优势，是研究次生代谢产物合成和调控的良好平台。本项目中将以广藿香中精油的合成及存储的主要场所——盾状腺毛为研究对象，通过高通量测序及基因差异表达分析，筛选盾状腺毛发育的候选基因，并利用病毒诱导基因沉默等分子生物学手段和转基因技术验证候选基因的生物学功能，探索盾状腺毛发育的机理及其对精油含量和组分的影响，这将为调控次生代谢物的生物合成提供新的方法和思路。

次生代谢产物在植物中的低含量积累，是限制其广泛应用的主要因素。目前在这些化合物合成及存储的时间和空间的特异性上达成了一致的共识，对该时空特异性的深入解析将有助于调控这些代谢物的高效合成。腺毛作为许多次生代谢物合成、储存甚至分泌的重要场所，具有结构简单、易提取分离、代谢旺盛等优势，是研究次生代谢产物合成和调控的良好平台。与头状腺毛相比，盾状腺毛的存储能力更强。本项目通过分子生物学、生物化学等手段深入分析了广藿香盾状的发育机理。首先克隆到3个广藿香盾状腺毛发育基因M、H、B；其次构建了基因的过量表达和RNAi载体，进行广藿香转基因，并在烟草和拟南芥中异源过量表达，验证基因在腺毛发育中的功能，M、H、B不同程度上促进了烟草叶片腺毛的发育并提高了烟碱和东莨菪素的含量；最后分子实验表明M和H以复合体的形式调控了植物腺毛的发育。本研究将腺毛发育与次生代谢产物合成联系起来，这将为调控次生代谢物的生物合成提供新的模式，也为作物品质改良提供新的思路。