基于转录组数据分析阴香(Cinnamomum burmanni)中萜类化合物合成相关基因

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右旋龙脑是一种双环单萜类化合物,具有抗菌、抗炎镇痛、开放血脑屏障、促进药物吸收等生物活性,在医药、食品、香料等领域有着广泛的应用。天然的右旋龙脑主要从龙脑香树(Dipterocarpaceae)植物中直接提取获得。我国一直以来主要依赖进口满足需求。然而,右旋龙脑主要存在龙脑香树枝干,需伐木取脑,造成近年来资源逐渐枯竭,天然右旋龙脑价格飞涨。为了解决这一现状,寻找和开发天然右旋龙脑新资源显得尤为迫切。本课题主要通过转录组测序技术探讨了目前国内天然右旋龙脑的主要植物来源之一—阴香(Cinnamomum burmanni)中关于萜类化合物合成相关的基因,为解析阴香中萜类化合物合成的分子机制奠定了基础,以利于今后充分提高阴香植物资源的利用率和对其进行靶向改良培育新品种有着十分重要的意义1.通过索氏提取法对高右旋龙脑含量和低右旋龙脑含量两种不同化学型阴香挥发油进行提取,经过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对挥发油中化学成分进行鉴定,共鉴定出41中不同的化合物,包括5种单萜类化合物,8种倍半萜类化合物以及一种二萜类化合物。其中高含量右旋龙脑型阴香(M)中存在34种,低含量右旋龙脑型阴香(Y)中有19种不同的化合物,在两种化学型阴香挥发油中,右旋龙脑都是主要的化学成分。通过气相对两种化学型中的右旋龙脑含量进行定量分析,发现M组中右旋龙脑的平均含量是Y组的3倍左右。2.对M1-1进行全长转录组测序分析,对原始数据进行质控后,共得到17114条基因序列,平均长度是2506.84 bp,N50是2749 bp,GC含量是44.04%。与Nr、Swissprot、COG/KOG和KEGG数据库进行比对,分别比对到16481、14544、11690以及8127条基因序列。在代谢通路比对中,共比对到76条萜类化合物合成相关的基因,包括57条参与碳骨架合成代谢通路的相关基因,4条参与单萜化合物合成代谢通路的相关基因,8条参与二萜类化合物合成代谢途经相关基因以及7条参与三萜及倍半萜化合物合成代谢途径相关基因。搜索与4条单萜合成酶序列相似度较高的序列,并进行分子进化树分析,发现这4条序列与短链脱氢酶序列、新薄荷醇脱氢酶及多花罂栗碱还原酶相似度较高,且4条序列能够与沉水樟中的短链脱氢酶聚到一起(分支可靠性100%),说明他们可能是同源基因。3.对两种不同化学型阴香(各3个样本)进行二代转录组测序分析,以三代全长转录组测序结果为参考转录本Isoform,将二代转录组测序结果比对到Isoform中,比对率分别为79.11%、77.20%、75.21%、73.72%、72.73%和74.66%。对两种化学型中的基因表达量进行差异表达分析,在阈值为FDR1条件下共分析得到250条差异表达基因,相比于M组,Y组中有26条基因呈上调趋势,224条基因呈下调趋势。其中6条差异表达基因参与了萜类化合物合成,包括3条碳骨架合成相关基因(Isoform10235、Isoform 10365、Isoform 10560)以及3条二萜类化合物合成相关基因(Isoform 2236、Isoform 14050、Isoform 16988)。随机选取12条差异表达基因进行荧光定量PCR,实验结果与测序结果基本一致,证明了转录组测序数据的可靠性。
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