射干生长发育和采收加工过程中活性成分动态变化规律与分子机制

Belamcanda chinensis (L.) DC. is a common used traditional chinese medicine to cure acute and chronic pharyngitis and asthma. Tectorigenin and its derivates possess anticancer activities. This project takes the dynamic change of effective components during plant growth and development and harvest processing as the breakthrough point. In process of rhizome growth and development, it takes medicinal organs element (module) as the basic unit. Through fusing traditional Chinese medicine chemistry, biology, informatics and other multi-disciplinary concept, methods and techniques, we will carried out reaerches on the temporal and spatial dynamic change rule and mechanism of distribution, accumulation and transformation of effective components in the organs and tissues during the process of growth and development, harvesting and processing. It will analyse morphogenesis regular pattern of “basic unit of module” and reveal the correlation butween the traits of the ground organs and yield and quality of the underground organs. Combined with biological yield and the effective composition content, it will determine the optimal harvest time of the herb, optimize the best processing method, at the same time, select high-quality genetic resources and provenance, establish a model research methods of yield and quality formation of traditional Chinese medicine resources. Exploring the regulation of growth, ontogenic and harvest process factors on the gene expression of key anabolism enzymes of flavonoids such as CHS and IFS gene will clarify the genetic basis and molecular mechanisms for dynamic variation of chemical composition of the medicinal plants during its growth and ontogenic process , and reasonable measures should be taken for the future of metabolites of regulation.

射干为常用中药材，是治疗咽喉肿痛的要药，射干中的鸢尾苷元及其衍生物具有抗癌细胞作用。本项目从植物生长发育和采收加工过程中成分动态变化为切入点，射干生长发育过程以药用器官的构件（module）基元为基本单位，融合中药化学、生物学、信息学等多学科理念、方法和技术，对射干生长发育、采收加工过程中有效成分在器官、组织中的分布、积累、转化等时空动态变化规律及机制进行研究，分析射干"构件基元单位"的形态发生规律，地上器官性状和地下器官药材产量和质量的相关性，结合生物产量和有效成分含量确定射干的最佳采收期，优化最佳加工方法，同时筛选出优质种源，建立一种示范性的中药资源产量和质量形成研究方法。对不同发育时期射干特征性成分生物合成关键限速酶CHS 和 IFS基因的差异表达的研究，对阐明药用植物生长过程中化学成分动态变化的遗传基础和分子机制，并为今后采取相应合理措施进行代谢产物的调控奠定基础。

射干为常用中药材，是治疗咽喉肿痛的要药，射干中的鸢尾苷元及其衍生物具有抗癌细胞作用。本项目从植物生长发育和采收加工过程中成分动态变化为切入点，观察了所收集的射干种质材料在南京的物候期。进行了射干器官发育的研究，研究射干“构件基元单位”的形态发生规律和生物产量形成规律，研究了化学成分在不同层次射干构件基元单位中的不同植物组织中的分布规律。研究表明：在生长时间较久的新鲜射干根茎中黄酮类成分含量比幼嫩部分的多；疏水性的黄酮及异黄酮苷元和酮主要存在于木栓层中，比如芒果苷、鸢尾苷元、鸢尾甲黄素A、野鸢尾苷元、次野鸢尾黄素和德鸢尾素等；而亲水性的黄酮及异黄酮苷主要分布在皮层、维管束和薄壁组织中，比如鸢尾苷、鸢尾新苷B和野鸢尾苷等。研究中还发现射干根茎中还含有许多鸢尾型三萜类化合物（iridal-triterpenes）。基于色谱、质谱及联用技术对不同种源和不同生长发育阶段的射干构件基元单位中的根茎和根、叶片等器官进行了化合物鉴定和指纹图谱分析，同时采用HPLC法对其中一些主要成分和已报道的活性成分进行定量分析，研究次生代谢产物的产生、分布和累积过程与变化规律。通过研究，确定了射干根茎入药，以二、三生为最佳入药选择，且春季以5月花期前，秋季9月果期采收为宜，其中又以5月花期前采收为最佳选择。应用射干多指标成分定性、定量质量评价体系对最适采收期的射干药材设计多种加工因素进行了考察，研究加工过程中活性成分的变化规律，筛选出优于现行的射干采收加工方法。研究发现射干根茎烘干早期含量减少，但是随着烘干时间的延长，成分出现增加的趋势，然而烘干后期成分含量又有所下降的变化规律，建议100℃为射干根茎的最佳干燥温度。首次克隆了射干BCCHS1全长基因，利用QRT-PCR研究了该基因的组织分布及表达情况，春季的各组织表达效果好于秋季。本研究初步对射干根、根茎、地上茎、叶、花、果实进行了比较转录组分析，克隆得到6条异黄酮生物合成途径相关的候选基因全长：苯丙氨酸解氨酶（BcPAL）、肉桂酸-4-羟化酶（BcC4H），4-香豆酸:辅酶A连接酶(Bc4CL)，查耳酮合酶（BcCHS），查尔酮异构酶（BcCHI1，BcCHI2），为进一步阐明射干黄酮类生物合成途径及生物工程的应用提供了科学依据。通过本研究还筛选出了射干的优质种源，建立了一种示范性的中药资源产量和质量形成研究方法。