三七种质资源化学表征与皂苷合成关键酶基因表达及形态多样性的关联性分析

三七是我国重要的人参属药用植物，达玛烷型三萜皂苷为其主要活性成分。我们的前期研究表明三七的表型性状、皂苷含量有较大个体差异，居群内也存在较大的遗传变异。但遗传差异对三七皂苷含量的影响尚不清楚。三七皂苷的生物合成系由一系列的酶催化完成，可以推断这些酶的表达调控与三七皂苷含量存在相关性，但这方面的研究仍比较缺乏。本课题拟对四个关键调节酶- - 鲨烯合成酶、鲨烯环氧酶、达玛烯二醇合成酶和环阿齐醇合成酶的基因表达在转录水平、翻译水平和翻译后水平上进行研究，探讨三七植株个体间这些基因的表达差异与化学成分差异的关系，为实现皂苷合成定向调节奠定基础，对提高三七皂苷产量具重要意义。长期栽培导致三七种质资源退化、药材质量不稳定，迫切需要进行良种繁育。因此，结合上述工作，本项目还将开展三七形态特征与化学表征的关系研究，为相关的性状提前选择提供直观和简便的方法，可以缩短育种年限，从而提高优良种源选育的效率。

三七的主要活性成分是达玛烷型三萜皂苷，前期研究表明三七个体间不仅在皂苷含量上有较体差异，同时居群内也存在较大的遗传变异，表型性状差异也很大，但这些差异与皂苷含量之间的关系尚不清楚。项目拟对皂苷合成四个关键调节酶--鲨烯合成酶（PnSS）、鲨烯环氧酶基因(PnSE)、达玛烯二醇合成酶（PnDS）和环阿齐醇合成酶（PnACS）的基因表达进行研究，探讨三七植株个体间这些基因的表达差异与化学成分差异的关系，为实现皂苷合成定向调节奠定基础。同时本项目还将开展三七形态特征与化学表征的关系研究，为相关的性状提前选择提供直观和简便的方法。.项目实施以来，开展了三七皂苷生物合成途径关键的调节酶的基因表达特性及其与皂苷含量变化的关系。同时，研究了三七的皂苷含量与形态特征的关联性，结果如下：.1.在不同的三七个体主根之间存在很大的化学差异，这种差异一方面表现在在皂苷含量上存在差异，另一方面在各皂苷成分的组成比例上也存在非常明显的差异。.2.对不同单株三七样本中的皂苷生物合成途径中关键的5个调节酶基因PnSS、PnSE1、PnSE2、PnDS以及PnACS的表达特性进行了研究, 结果表明这些基因的表达在不同植株间均有明显的差异。.3.这四个基因在根中的相对表达量均远高于在叶片中的相对表达量。而在根中，PnSS、PnSE1、PnSE2、 PnCAS四个基因相互之间在表达量上呈极显著的正相关关系。叶中除PnSS和PnDS之间无相关性外、其余PnSS、PnSE1、PnSE2、PnDS和PnCAS两两之间在表达量上均呈极显著或显著的正相关关系。.4. PnSS、PnSE1、PnSE2、PnDS和PnCAS在根及叶片中的表达量与主根皂苷含量之间均未发现明显的相关性。该结果说明皂苷生物合成的调控作用应主要发生在转录后水平上，研究基因表达对皂苷含量的影响，相关蛋白质的翻译、酶的修饰等环节也不可忽视。.5.对三七的形态特征进行了观察统计，结果显示三七个体间在茎干的颜色、植株高矮，花梗长度、主根重量、叶片数量及小叶数量等一系列的形态特征上也存在很大的差异。.6.皂苷含量与主根干重呈极显著的负相关，与植株高度呈显著负相关，与其它性状之间未发现明显的相关性。而主根的皂苷生物产量则与主根、植株高度和花梗长度呈极显著的正相关关系。研究结果表明三七个体间性在皂苷成分及形态状变异幅度大，说明蕴藏着较大的选