基于次生代谢相关基因表达谱的党参道地性形成的遗传机制研究

商品潞党、板桥党都是道地中药党参，其有效成分多糖、党参炔苷等含量高。项目前期应用DNA-AFLP技术研究发现，即使在同一种植基地，不同种质党参居群间遗传差异仍然大于居群内变异，由此证明种质遗传差异是形成党参道地性的内因。道地党参种质基因表达有什么独特的规律，需要开展次生代谢相关基因表达谱的研究。本项目拟通过已知生物代谢途径中的关键酶基因序列，设计特异引物，采用RT-PCR法扩增这些酶的相应基因片段，在完成基因片段的克隆分离、测序和生物信息学分析的基础上，构建10至20个质控cDNA片段的党参cDNA芯片。结合党参活性成分HPLC含量测定和指纹图谱研究，利用cDNA芯片技术，对不同发育期潞党、不同产地板桥党基因表达谱进行检测，建立道地党参与次生代谢相关的基因差异表达谱，从功能基因组阐释党参道地性形成的遗传机制，发掘并克隆有意义的功能基因，为党参优良种质的保护、鉴定提供依据和方法。

党参多糖是党参主要活性成分之一，有关党参多糖的生物合成途径及相关基因研究未见报道，基因组尚未测序，这种现状限制了对党参分子功能和基因组结构的认识。建立一个来源于党参不同时期不同组织器官的转录组Unigene库，构建次级代谢基因池，获得多糖合成途径的相关基因，在此基础上对党参不同器官组织进行转录组测序，比较分析基因表达差异。其研究结果对于阐明党参多糖合成调控机制，为促进党参多糖的定向积累、从分子生物学角度探讨道地党参品质形成原因、利用生物技术手段来提高党参药材品质、实现其品质的稳定可控等研究具有重要意义。.项目以党参Good Agricultural Practices (GAP)基地2年生党参为研究对象。通过Illumina Hiseq2000对2年生党参拉蔓期、花铃期及花果期的根和花铃期的花、茎、叶构建的混合转录组文库进行高通量测序，共获得9.2Gb的高质量核苷酸，45,587,522高质量读序，102,125 contigs, 最终45,511 unigenes。经过与公共蛋白数COG注释, 及18,848 获得KEGG注释结果。转录本丰度表达分析表明，与胁迫响应相关的金属硫因蛋白，水通道蛋白，半胱氨酸蛋白酶高表达，与CPPs合成相关的途径中，负责UDP-L-阿拉伯糖和 UDP-木糖的合成的酶编码基因高表达。据我们所知，这是首次提供党参转录本相关的研究，并首次勾勒出药用植物多糖生物合成途径，鉴定党参多糖合成相关的基因为从分子水平认识党参多糖的合成和调节提供了参考。.利用Illumina Genome HiSeqTM 2000技术对党参4个器官组织进行转录组测序，并进行比较分析。结果显示党参花、茎、叶、根4个转录组分别得到39,492、33,400、34,983、31,961个Unigenes；共有29,260条Unigenes在党参4个器官组织中共同表达，这些基因包括管家基因等；得到4个组织转录组特有的Unigenes，其中花最多为632个Unigenes，其次是根为389个Unigenes，叶和茎数量相近分别为175和123个Unigenes。