杭菊花芽分化期淹水胁迫对其主要黄酮成分合成途径的调控机理

Chrysanthemum morifolium Ramat. cv ‘Hangju’ is a traditional Chinese medicine. It is rich in flavonoids (luteolin, apigenin and quercetin), which is the foundation of its pharmacological effects. This study is based on a natural phenomenon that C. morifolium cv ‘Hangju’ in its origin would suffer from flooding-stress caused by typhoon climate during the period of flower bud differentiation. And we will start our research on the relationships between “geoherbs quality” and “stress effect”. This study intend to take the genotype Zaoyang which is the representative genotype of C. morifolium cv ‘Hangju’ as the research object. Genotype Zaoyang will be treated with flooding-stress by simulated environment when its flower bud differentiation period. To clarify the mechanism of flooding-stress on flavonoids of genotype Zaoyang, RNA-Seq technology will be used for digging key enzyme genes of major flavonoid (luteolin, apigenin and quercetin) biosynthetic pathway, and Realtime-PCR and Transgene technology will be used for describing the expression and functions of these genes. Overall, this research aims to clarify the mechanism of flavonoid biosynthetic pathway genome of genotype Zaoyang regulated by flooding-stress, in order to provide the theoretical basis for the “geoherbs quality” formation.

杭菊（Chrysanthemum morifolium Ramat. cv ‘Hangju’）系药用菊花传统品系之一，主要含有木犀草素、芹菜素和槲皮素等黄酮类成分，这些黄酮成分也是其“道地品质”的物质基础。本研究针对原产地杭菊花芽分化期因台风气候遭受淹水胁迫的客观现象，围绕杭菊“道地品质”形成与“逆境效应”的关系展开研究。本研究拟以杭菊代表栽培类型——早小洋菊为研究对象，在其花芽分化期模拟环境进行淹水胁迫处理，采用RNA-Seq技术分析其胁迫后转录谱，挖掘其主要黄酮成分（木犀草素、芹菜素和槲皮素）合成途径淹水胁迫响应基因，利用Realtime-PCR和转基因技术明确其表达和功能情况，阐明淹水胁迫对早小洋菊黄酮类成分的影响机理。本研究旨在通过早小洋菊主要黄酮成分合成途径基因受淹水胁迫调控的机理研究，为其“道地品质”形成提供理论基础。

杭菊是药用菊花中重要的一个品系，其富含黄酮类化合物。黄酮类成分是一类植物次生代谢产物，具有许多显著的生物和药理活性，是杭菊药用品质形成的重要物质基础之一；同时也是中国药典主要的指标成分。目前，原产地浙江桐乡的杭菊品质优于各个引种区域，综合分析各产地环境因子，引种区域与原产地的环境差异主要表现在年降水量的差异，尤其是花芽分化期时期的降雨量原产地明显高于引种区域。本研究模拟杭菊花芽分化期的淹水胁迫，并选取杭菊黄酮类成分的代谢途径作为研究对象，探究淹水胁迫对杭菊黄酮合成途径中关键酶基因表达及其品质形成的影响。本项目取得主要研究结果如下：成功建立杭菊转录组数据库，并获得响应淹水胁迫的差异表达基因；筛选并克隆出了5个淹水胁迫响应基因：查尔酮合成酶基因（CmCHS）、查耳酮异构酶基因（CmCHI）、杭菊黄烷酮3-羟化酶基因（CmF3H）、黄酮醇合酶基因（CmFLS）和二羟黄酮醇还原酶基因（CmDFR）；结果表明淹水胁迫处理后，黄酮代谢途径中的CmCHS、CmCHI、CmF3H和CmFLS等酶基因在处理组各时期的表达量均高于相应的对照组；而与黄酮代谢途径存在底物竞争的花青素代谢途径中的关键酶基因DFR基因，在淹水胁迫处理后，其在处理组的表达量显著低于同时期的对照组。同时，淹水胁迫后杭菊中的总黄酮含量显著增加，且木犀草苷等药典指标成分含量也有显著增加。最后利用原核表达系统体外验证了CmF3H和CmFLS基因的功能。本项目从分子水平证明了杭菊花芽分化期的淹水胁迫可能会促进杭菊中黄酮类成分的合成，为探讨杭菊道地品质形成与环境因素之间的分子机理提供了依据。