太子参Heterophyllin组分形成及其适应性变异的基因机制研究

Chinese herbal medicine is a complex system which is a "multi-function and multi-component". While the content and proportion of certain chemical functional ingredients will produce geographic variation. It is leading to medicines of varying quality, and one important cause of instability in the efficacy of traditional Chinese medicine. Study of gene function forming a type of chemical components in the efficacy of Chinese herbal medicine. Locate and clarify the genetic mechanisms of the produce chemical efficacy component variation. It is important to achieve orientation training of special efficacy exclusive medicinal herbs, and ensure the stability of the efficacy of traditional Chinese medicine. The project intends to Heterophyllin component type of P. heterophylla as the research object. Screening key functional genes associated with the form of Heterophyllin component through the integrated use of cDNA-SRAP markers and RACE amplification technology form the functional genomic level. Depth analysis of genetic mechanisms of variance in ecological adaptability of Heterophyllin compnent by transplanting test and artificial controlled experiments. The results of this project has important theoretical and practical significance as a guiding for P. heterophylla as health drugs and cosmetics to select suitable planting areas as well as oriented cultivation of medicinal herbs.

中药材是一个"多功效、多组分"的复杂体系，同时某些功效（化学）组分的含量和比例会产生地理变异，这是导致药材质量参差不齐，引发中药疗效不稳定的重要原因之一。研究中药材功效型化学组分形成的功能基因，寻找并阐明产生功效（化学）组分变异的基因机制，对于实现特种功效专用药材的定向培育，保证中药疗效的稳定性，具有重要意义。 本项目拟以太子参药材Heterophyllin组分型为对象，综合运用cDNA-SRAP标记、RACE扩增技术，从功能基因组水平，筛选与太子参Heterophyllin组分形成相关的关键功能基因，同时通过异地移栽试验和人工可控试验，深入解析Heterophyllin组分发生生态适应性变异的基因机制。本项目的研究结果对于指导太子参作为保健药品、化妆品用途药材的定向培育，以及选择适宜种植区，具有重要的理论和实践意义。

研究中药材功效型化学组分形成的功能基因，寻找并阐明产生功效（化学）组分变异的基因机制，对于实现特种功效专用药材的定向培育，保证中药疗效的稳定性具有重要意义。本课题以太子参Heterophyllin B为对象，通过综合运用化学成分、DNA分子标记、Maxent模型分析，转录组数据的构建、标准化分析与数据深度挖掘等分子生物学技术手段，开展了以下研究工作：1）开展了生态因子对太子参次生代谢物质积累影响的研究；2）开展了太子参表型遗传多样性与药材品质的相关性研究；3）通过构建太子参转录组数据库，从转录组数据库中获得与环肽类成分相关的功能基因，并完成系列筛选与验证；4）重点研究了参与太子参环肽HB合成的前体基因与环化酶基因的功能，揭示了不同种源中前体基因prePhHB、环化酶基因PhPCY7对环肽HB成分形成的影响机制。. 课题揭示了降水量是影响太子参药材中太子参环肽类物质积累的关键气候因子，为后续开展水分胁迫下太子参生长发育与次生代谢物质变化的影响研究奠定了基础；太子参最适宜区主要分布在长江中下游区域，主要有贵州中部，重庆与湖南、湖北接壤处，河南南部，安徽西部，江苏中部，福建东北部以及浙江北部和东南部区域；太子参表型遗传多样性研究将现有的种质资源分为具有增产潜力的亲本材料、可作为高产选育的亲本材料、具有高质量、低高产的育种亲本材料，为后续开展定向品种选育奠定了前期基础；课题研究获得了heterophyllin A、heterophyllin B、Pseudostellarin A、Pseudostellarin E、Pseudostellarin G 5种环肽的前体基因，并通过多肽合成技术将heterophy llin B前体基因编码的氨基酸序列合成线性肽；通过克隆获得了7个环化酶基因，并在太子参环肽合成的前体基因prePhHB和环化酶基因PhPCY7研究方面取得突破。导致FJ种源heterophyllin B成分差异的主要原因之一是其prePhHB基因、PhPCY7基因发生了突变。本课题的研究揭示了影响目前太子参药材种源质量的内外因素，研究结果为定向选育材料的评价提供了理论指导。