基于转录组分析的牡丹花香萜类化合物合成途径相关基因的研究
基于转录组分析的牡丹花香萜类化合物合成途径相关基因的研究
【摘要】： 牡丹(Paeonia suffruticosa Andr.),芍药科芍药属灌木,我国重要的观赏植物,在园林应用及花卉文化中占有重要的地位。牡丹品种多样,目前的研究主要集中于花色花型及花期调控等方面,花香方面的研究较少。本研究以芳香型牡丹‘海黄’为试验材料,基于顶空固相微萃取(SPME)与气相色谱质谱联用(GC-MS)法测定分析花瓣不同开花期花香成分的变化,同时结合转录组测序技术筛选萜类化合物合成途径中的关键基因,为牡丹萜类物质合成提供了一定的基因资源与理论基础。1.盛开期‘海黄’牡丹不同器官花香成分存在明显差异。花瓣和雄蕊均以单萜与倍半萜化合物为主,其中主要成分为芳樟醇;雌蕊的挥发物主要为3-己烯-1-醇、己醇,萜类物质相对含量明显低于花瓣与雄蕊;叶片中挥发物成分以乙酸叶醇酯为主。‘海黄’的四个开花时期花瓣中共检测到36种化合物,其中萜类物质29种。随着开花进程,单萜化合物相对含量逐渐增加,倍半萜化合物相对含量逐渐下降。圆桃期挥发物以倍半萜类物质为主,其中吉玛烯D相对含量高达34.68%;初开期的单萜、倍半萜化合物快速增加,其中芳樟醇相对含量为21.70%,吉玛烯D为24.05%;半开期与盛开期的芳樟醇相对含量逐渐上升至42.74%和53.82%,吉玛烯D下降为14.26%和10.84%。2.‘海黄’圆桃期、盛开期的花瓣与雄蕊四个样本进行转录组测序。经过差异分析共得到23695个差异基因(DEGs),其中142条与萜类代谢有关。对已识别的DEGs进行KEGG富集分析,其中1-脱氧-d-木酮糖5-磷酸合酶(DXS)、1-脱氧-d-木酮糖5-磷酸还原异构酶(DXR)、乙酰Co A酰基转移酶(AACT)、香叶基焦磷酸合酶(GPPS)和萜烯合酶(TPS)可能是‘海黄’萜类化合物合成的主要调控基因。筛选相关基因,进行q RT-PCR验证分析,推测Cluster-6583.39785、Cluster-6583.56227等可能参与芳樟醇的生物合成。3.根据转录组测序数据,克隆得到一条Ps GPPS基因,该结构基因的完整CDS序列长1266 bp,共编码421个氨基酸,对其进行生物信息学分析,并进行了多重序列比对和系统进化树构建,表明GPPS蛋白具有较高的保守性。亚细胞定位表明Ps GPPS基因推导编码的蛋白定位在叶绿体中。利用瞬时表达将Ps GPPS过表达载体注射到番茄果实中,可促进番茄果实中GPPS酶蛋白活性的增加,分别是野生型和对照的2.0倍与2.2倍。推测Ps GPPS基因可能调控GPPS蛋白的表达。综上所述,牡丹‘海黄’花香化合物以单萜与倍半萜化合物为主,随着开花进程,单萜化合物相对含量逐渐增加,倍半萜化合物相对含量逐渐下降,其中DXS、DXR、AACT、GPPS和TPS等基因可能调控‘海黄’萜类化合物的合成。克隆得到一条Ps GPPS基因,农杆菌介导的瞬时表达推测Ps GPPS基因可能调控GPPS蛋白的表达。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
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