基于表观遗传学的金银花化学质量变异的分子机制研究

It is important problem that evaluating quality of medicinal materials is difficult in the field of traditional Chinese medicine, because of its complexity. In general, quality of medicinal materials often focuses on the content of active compounds and the gene expression of key enzymes in active compound biosynthetic pathway. Environment, germplasm, developmental stage, wild and cultivated, and many other factors will affect the chemical quality of the medicinal materials. And the existing evaluation is hard to interpret the chemical quality. Based on the pervious works, this project analysis the selective expression of functional gene by combination of genetic and environmental factors. A epigenetic research on chemical quality of Flos Lonicerae was conducted in order to select a marker for quality evaluation

药材质量的好坏因其"优劣"评价依据的复杂性，一直是中药领域的难点问题。一般来说，药材"优劣"研究往往侧重于药材指标性成分的高低，或活性成分生物合成途径关键酶基因表达的高低，但相对于药材化学质量的环境、种质、发育阶段、野生与栽培等众多影响因素来说，现有评价指标很难客观的诠释药材的化学质量。 本项目拟在已取得研究成果的基础上，把遗传和环境因素结合起来，分析药材功能基因在内外环境下选择性表达遗传信息的分子机制，以金银花为例开展药材化学质量变异的表观遗传学机制研究及优劣评价标记的筛选，包括金银花及红金银花转录因子结构与功能差异分析、金银花主要化学成分相关生物合成途径关键酶基因5'UTR区的DNA甲基化和组蛋白H3K4位点甲基化分析，筛选与化学质量变异相关的表观遗传标记，为药材"优劣"评价标记的选择提供一条新的思路。

本项目将遗传和环境因素结合起来，分析药材功能基因在内外环境下选择性表达遗传信息的分子机制，以金银花为例开展药材化学质量变异的表观遗传学机制研究及优劣评价标记的筛选，为药材“优劣”评价标记的选择提供一条新的思路，共发表论文11篇，其中SCI收录论文3篇。首先基于代谢物分析，发现不同种质和产地间金银花主要差异化学成分为酚酸或黄酮类成分、环烯醚萜类成分。在此基础上，对酚酸或黄酮类成分、环烯醚萜类成分生物合成途径关键酶基因5’UTR区序列进行克隆和生物信息学分析，预测其中14个关键酶基因5’UTR区序列存在甲基化位点；并以PAL基因5’UTR区序列为例，实验验证了其DNA甲基化水平变化会影响G-box与bZIP转录因子的结合，从而影响绿原酸含量；建立了基于CCP-FRET无标记荧光检测系统的DNA甲基化水平检测方法，并检测了不同种质和产地金银花药材14个关键酶基因5’UTR区序列甲基化水平，从而建立了金银花区域药材检测方法。另一方面，探讨了组蛋白甲基化水平对金银花关键酶基因表达及活性成分积累的影响。在5-azaC溶液处理下，分析金银花绿原酸、黄酮与环烯醚萜类含量变化，组蛋白甲基转移酶、组蛋白去甲基化酶和活性成分生物合成关键酶基因表达水平，以及组蛋白H3K4和H3K9泛甲基化水平，分析了金银花组蛋白甲基化与化学成分变异的相关性，筛选与化学成分相关的组蛋白甲基化候选分子标记，为进一步建立“优劣”评价体系奠定基础。