遗传转化技术在药用植物研究中的应用

遗传转化技术是解析药用植物次生代谢产物合成积累的遗传机制的有效方法。本文对近年来有关遗传转化技术在药用植物中应用的相关文献进行了系统整理,归纳了植物转基因技术的主要技术要点及其在中草药遗传改良、基因沉默、代谢工程等中的应用,展望了遗传转化技术在中药材研究中的应用前景,以期为药用植物生长发育与药用活性成分合成积累的基因功能分析以及合成生物学研究提供参考。

白及Aux/IAA基因的鉴定及分析

基于白及〔Bletilla striata(Thunb.ex A.Murray)Rchb.f.〕的全转录组数据,采用生物信息学方法对白及Aux/IAA基因进行鉴定和序列分析,对白及Aux/IAA蛋白的一级和二级结构、基序、保守结构域、GO功能分类和KEGG富集结果进行分析,并对其与拟南芥〔Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.〕和铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)的Aux/IAA蛋白进行系统发育分析。结果表明:在白及的全转录组中共筛选出5个Aux/IAA基因,分别命名为BsAux/IAA1至BsAux/IAA5,开放阅读框(ORF)长度为492~2739 bp。5个BsAux/IAA蛋白的氨基酸残基数为163~912,理论相对分子质量为18172.97~101442.89,理论等电点为pI 4.40至pI 11.51,亚细胞定位于细胞核中,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。5个BsAux/IAA蛋白共有DomainⅠ、DomainⅡ、DomainⅢ和DomainⅣ4个完整的保守结构域,依次对应保守基序motif9、motif3、motif2和motif1。5个BsAux/IAA蛋白的功能均包括细胞组分、生物学过程和分子功能3个大类,并参与植物激素信号转导通路。系统发育分析结果表明:5个BsAux/IAA蛋白均属于GroupⅠ亚家族,并进一步分成a和b 2个亚群,其中,BsAux/IAA3、BsAux/IAA4和BsAux/IAA5属于a亚群,BsAux/IAA1和BsAux/IAA2属于b亚群;并且,BsAux/IAA1、BsAux/IAA2、BsAux/IAA4和BsAux/IAA5与铁皮石斛Aux/IAA的亲缘关系较近。研究结果显示:白及Aux/IAA蛋白具有一定的保守性,可能在细胞核中发挥作用,并具有组织特异性、发育依赖性和非生物胁迫应答性。

白及MSI1基因的序列分析及SSR多态性分析

通过对白及(Bletilla striata(Thunb.)Rchb. f.)的IRA1多拷贝抑制子(multicopy suppressor of IRA1,MSI1)基因序列进行生物信息学分析,并根据其核苷酸序列设计简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)引物,进一步验证其在多个白及地方种中高度的保守性。运用Protparam、SOPMA、SWISS-MODEL等生物信息学软件分析白及MSI1蛋白的理化性质和结构域;DNAMAN、MEGA软件分别进行氨基酸多序列比对与系统进化分析;分析序列中的SSR位点并对多个白及品系进行PAGE检测和验证。结果显示,克隆得到的BSMSI1基因全长为3 700 bp,共编码了601个氨基酸残基,预测蛋白质分子量为65 309.75kg/moL,等电点为5.95,表现出高度的保守性,而且发现不同地区的白及BSMSI1基因在遗传上具有多样性。本研究拓展了对BSMSI1序列的认识,新开发标记能有效应用于MSI1基因的检测和育种鉴定,同时也可为其他物种的MSI1基因研究提供参考。

白及愈伤组织与内生真菌共培养及次生代谢产物含量变化

以白及愈伤组织为试材,采用与内生真菌共培养的方法,研究了该过程中白及愈伤组织、内生菌生长速率及4种主要次生代谢含量的变化,以期为白及内生菌在药用成分的开发利用提供参考依据。结果表明:7株受试真菌菌株与白及愈伤组织分别共培养3、6 d时均表现出高于真菌单培养形成的菌面积,共培养9 d时各组愈伤增值率显著低于对照(CK)组;1株受试内生真菌生长缓慢,在共培养与单独培养3、6、9 d均具有相近菌面积。进一步对8株内生真菌共培养处理下的白及次生代谢产物含量检测发现,不同内生真菌对dactylorhin A、1,4-二[4-(葡萄糖氧)苄基]-2-异丁基苹果酸酯、4-甲氧基-9,10-二氢菲-2,7-二醇、对羟基苯甲醇的积累趋势具有不同影响,主要呈现出3种累积趋势。