蒙古黄芪不同器官毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累调控机制及其与水分胁迫的关系

Astragalus membranaceus Bge. var. mongolicus (Bge.) Hsiao as a traditional Chinese herb, presently, it is mainly cultivated on a large scale. The control of water condition has become a key problem in the cultivation process, which has an important role in regulating secondary metabolites. Flavonoids present in A. mongolicus have been implicated in the bioactivity of this herb, particularly calycosin-7-O-β-D-glycoside and are used as markers to identify this herb. The influence of water stress on accumulation of calycosin-7-O-β-D-glycoside remains to be determined. The study was conducted in pots and field experiments, to study the effects of different water stress on the growth, physical and chemical factors and the flavonoids content of the roots, the stems and the leaves of A. mongolicus, to comprehensively assess from the external morphology and secondary metabolites. Using transcriptome to analyze the effects of water stress on the accumulation of calycosin-7-O-β-D-glycoside, and study the effects of key enzymes and transcription factors in the process，to study the mechanisms of the transport of flavonoids between different organs. Combined with the field experiment, to study the effects of different watering time and watering frequency on production and quality of A. mongolicus, the study provide a theoretical basis for the water condition in the standardization of A. mongolicus planting.

黄芪为大宗药材，现主要来源于人工栽培。水分是影响药材产量和品质的关键因素，对次生代谢产物具有重要的调控作用。黄酮类化合物是黄芪中的一大类活性成分，尤其是毛蕊异黄酮葡萄糖苷为《中国药典》规定的品质评价的有效成分之一。目前关于黄芪毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累调控机制与水分胁迫的关系尚缺乏足够认识和系统研究。本项目通过盆栽实验和田间试验，研究不同程度水分胁迫对黄芪根系、茎和叶片不同器官生长、生理生化指标及黄酮类成分时空变化的影响，从外部形态、成分含量等方面进行综合评价，进而结合现代转录组学探讨水分胁迫对次生代谢产物毛蕊异黄酮葡萄糖苷积累的影响，分析其合成途径中关键酶基因的变化及相关转录因子调控基因表达的分子机制。在此基础上研究不同器官间黄酮类成分的相关基因表达量变化以探究黄酮类成分转运机制。结合田间试验，探究不同灌水时期和灌水次数对黄芪产量和品质的影响，为黄芪规范化种植中的水分管理提供理论依据。

水分是影响药材产量和品质的关键因素，并对次生代谢产物具有重要的调控作用。黄芪为大宗药材，现主要来源于人工栽培。黄酮类化合物是黄芪中的一大类活性成分，其中毛蕊异黄酮葡萄糖苷为《中国药典》规定评价黄芪品质的指标性成分之一，目前关于黄芪黄酮类成分积累与水分胁迫的关系尚缺乏足够认识和系统研究。本研究采用盆栽控水实验及大田试验，分别研究了不同梯度水分胁迫对黄芪生长、生理生化指标及不同器官中黄酮类成分的影响、基于转录组测序研究不同梯度干旱对黄酮类合成途径的影响及不同灌水时期和灌水次数对黄芪产量和品质的影响。结果如下：（1）干旱胁迫后蒙古黄芪和膜荚黄芪根和叶中SOD和POD活性呈现先上升后下降的趋势，且蒙古黄芪抗氧化酶活性高于膜荚黄芪，表明蒙古黄芪抗旱性较好；（2）适度的干旱胁迫能够促进毛蕊异黄酮葡萄糖苷和毛蕊异黄酮的积累，蒙古黄芪根中毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量高于膜荚黄芪，在叶中则相反，表明两者抗旱性存在差异；（3）干旱胁迫后黄芪根中大量转录本发生变化，与干旱相关的基因P2C5、PDH、MDH、锌指蛋白基因和细胞色素P450s等相关基因在不同程度干旱胁迫下表达量不同，是黄芪响应干旱胁迫的主要调控机制；（4）仅7月灌水一次黄芪根产量显著高于其他处理，并且其根中毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量显著上升，表明灌水次数少且晚可以提高黄芪根产量及品质，有利于黄芪高效增产。本研究成果为黄芪的规范化生态种植提供理论依据，对黄芪的优质高产具有重要意义。