艾纳香中L-龙脑的积累规律及分子调控机制

Blumea balsamifera is one of the raw materials for extracting natural borneol(Ai pian). The main component of the natural borneol from Blumea is L-borneol, a typical bicyclic monoterpene. Monoterpene synthase is the key enzyme for synthesis of the final products of monoterpenes. Our project intends to isolate monoterpene synthases((-)-bornyl diphosphate synthase) gene from B.balsamifera using molecular biology and bioinformatic technology and verify the function in prokaryotic expression system. To study the mechanisms of L-borneol synthesis and the metabolic regulation by (-)-bornyl diphosphate synthase gene, GC / MS method will be used to determine the dynamic accumulation mode and tissue distribution pattern of L-borneol in different B.balsamifera accessions, Q-PCR and Western-blot methods will be used for detecting the mRNA and protein level of this enzyme. In addition, the relationships of L-borneol content and transcriptional or post-transcriptional level of (-)-bornyl diphosphate synthase will be analyzed with different treatments by inducing factors, metal ions and circadian rhythm to reveal the regulatory level and pathway of L-borneol synthesis, and provide theoretical foundation and technical methods to improve L-borneol content in B.balsamifera.

艾纳香Blumea balsamifera (L.) DC.是提取天然冰片（艾片）的主要原料之一，其艾片的主要成分左旋（L）-龙脑，是典型的双环单萜类物质。单萜合酶是单萜类次生代谢最终产物的关键酶。本项目拟利用分子生物学和生物信息学技术克隆艾纳香中合成单萜合酶（（-）龙脑焦磷酸合酶）基因，利用原核表达方法进行功能验证；采用GC/MS的方法测定不同艾纳香供试材料间L-龙脑的动态积累模式及组织分布规律，同时采用Q-PCR和Western-blot的方法研究目的基因在对应组织及时间段的mRNA表达量及蛋白质含量，以此研究艾纳香中L-龙脑合成的分子生物学机制以及明确该基因在艾纳香L-龙脑合成中的作用；另外，分别从转录和转录后水平阐述诱导因子、金属离子以及昼夜节律等对L-龙脑合成的影响及信号转导途径，以期揭示艾纳香中L-龙脑的代谢调控水平及途径，为整体提高艾纳香中L-龙脑的含量提供理论和技术手段。

为探讨艾纳香中L-龙脑积累规律和代谢调控途径，项目组采用田间农艺性状测定、化学成分检测以及分子生物学等研究手段，对艾纳香叶片中L-龙脑的组织分布规律、季节变化规律、生物钟节律以及对天气情况的响应规律等做了详细研究，为艾纳香的适时采收提供了理论依据。另外采用外源喷施微量元素（锰和钙元素）和生长调节剂（水杨酸、茉莉酸甲酯、赤霉素和速效胺鲜酯）后，其农艺性状、产量及L-龙脑等活性成分的响应做了系统检测，并筛选到提高艾纳香产量和质量的适当处理浓度，为艾纳香的栽培提供了理论依据和技术指导。采用转录组分析并结合基因克隆和荧光定量等方法，系统分析了艾纳香中萜类等活性成分的代谢调控途径，并克隆到相关的功能基因并进行生物信息学分析，为艾纳香的品质育种提供了理论依据。