植物二倍半萜Colquhounoid B的生理功能及作用机制初步研究

Plant terpenoid secondary metabolites are featured by their structural complexity and diversity, and are generally transported to cellular locations by specific transporter proteins, thus regulating the growth, development, and adaptation of plants to environments. Sesterterpenoids are a special and important class of terpenoid secondary metabolites with unique and complex structures, broad and fascinating bioactivities, and wide distribution in plant kingdom. However, the physiological functions of sesterterpenoids in plants still remain unknown due to limited investigation. Our previous studies led to the discovery of two novel classes of sesterterpenoids (leucosceptroids and colquhounoids) from two Lamiaceae plants, Leucosceptrum canum and Colquhounia coccinea var. mollis respectively, which served as defensive compounds against insect herbivores and pathogenic fungi, and inhibited the growth of primary roots of Arabidopsis thaliana. However, how these sesterterpenoids function in plants still remains unclear. This project aims to determine the physiological role of colquhounoid B, a major sesterterpenoid isolated from C. coccinea var. mollis, in the growth and development of C. coccinea var. mollis and A. thaliana seedlings. The cellular transportation pathways and locations of colquhounoid B will be studied with confocal microscopy. The metabolic pathway and the gene expression pattern regulated by colquhounoid B will also be probed through transcriptome sequencing and other related molecular techniques. The results will provide theoretic and scientific basis for elucidation of the physiological functions and molecular mechanisms of sesterterpenoids in plants.

植物萜类次生代谢产物结构复杂，种类繁多，一般通过膜转运蛋白运输到特定细胞部位，在植物的生长发育和环境适应中发挥着举足轻重的调控作用。植物二倍半萜是一类结构新颖复杂、生物活性多样、分布广泛的特殊而重要的萜类次生代谢产物，但目前国内外相关研究有限，其在植物体内的生理功能尚属未知。前期从唇形科植物米团花和火把花中发现两类新颖骨架的二倍半萜化合物，具有重要的抵御病虫害的防御功能，且能显著抑制拟南芥幼苗主根生长，但其作用机制还不清楚。本项目拟以火把花和拟南芥幼苗为材料，研究从火把花中分离得到的含量较高的二倍半萜Colquhounoid B对植物生长发育的影响；采用激光共聚焦显微镜从细胞水平揭示Colquhounoid B在植物体内的运输途径和细胞定位；通过转录组测序等手段从分子水平解析Colquhounoid B参与的代谢途径及基因表达调控机制，为阐明二倍半萜在植物体内的生理功能及作用机制奠定基础。

植物二倍半萜新颖复杂、生物活性多样、分布广泛，特殊而重要，但目前国内外相关研究有限，其在植物体内的生理功能尚属未知。前期从唇形科植物米团花和火把花中发现两类新颖骨架的二倍半萜化合物，具有重要的抵御病虫害的防御功能，且能显著影响拟南芥幼苗主根生长，但其作用机制还不清楚。本项目以拟南芥为材料，明确了二倍半萜Colquhounoid B具有促进植物幼苗生长发育的生理功能，从细胞水平上发现Colquhounoid B具有刺激植物体内钙离子浓度增加的作用，进一步通过转录组测序从分子水平上推测Colquhounoid B可能从以下三个方面来影响植物的生长发育：一，ABC运输途径相关基因表达。Colquhounoid B会促进ABCC家族和ABCG家族基因的表达，说明Colquhounoid B可能通过这些基因运输进入植物体内。二，植物激素合成响应相关基因表达。Colquhounoid B会诱导生长素，脱落酸和赤霉素合成和响应相关基因表达，推测Colquhounoid B可能通过影响刺激植物激素的合成和响应来影响植物的生长发育。三，植物与病原微生物互作相关基因表达。结合Colquhounoid B会促使植物根尖细胞内钙离子浓度增加，从基因表达水平上再次验证了Colquhounoid B诱导钙信号传递途径及钙离子通道等相关基因表达来影响植物的生长发育过程，以上研究结果为阐明植物二倍半萜的生理功能及作用机制奠定了理论基础和为进一步深入研究指明了方向。.另外，本项目还对Colquhounoid B类似物gva13a展开了在线虫体内脂肪代谢作用机制的研究。通过对线虫寿命、咽部抽动频率和产卵数的观察，发现gva13a对线虫的生长发育无明显毒性。通过对线虫体内脂肪贮存情况的观察，发现正常培养条件下gva13a不影响体内脂肪含量，而在高糖培养条件下，gva13a能够降低线虫体内的脂肪含量，但脂肪代谢相关基因的表达及脂肪成分分析结果显示，线虫脂肪酸代谢通路并未受到明显影响。对线虫突变体的观察发现，gva13a作用下，daf-2突变株体内脂肪含量并没有明显下降。因此推测gva13a可能通过影响daf-2基因或与其相关的代谢通路而间接影响了线虫脂肪代谢，所述研究结果进一步补充了植物二倍半萜化合物的生理功能的研究。