基于功能基因时空表达研究赤芍和白芍功效成分差异的形成机制

The key of the sustainable ultilization of the Radix Paeonia Rubra is to reveal the formation mechanism of the composition differences effectively in Radix Paeoniae Rubra and Radix Paeoniae Alba.The effects of germplasm, environment, and processing methods on the differences of efficacy and composition in Radix Paeoniae Rubra and Radix Paeoniae Alba have been analized by the appliant based on the "cross displacement design"method before this project. And found that the germplasm differentiation and environment of producing zrea were the key factors that lead to difference efficacy composition between the two. Basing on the previous research,this project will be proposed with the transcriptome sequencing (RNA-Seq) and digital gene expression profiling (DGE) to screen the key functional genes which resulted in the different efficacy composition, and the influence mechanisms of intraspecific differentiation and environment of producing area on the impact differences in the efficacy composition differences of the two will be implemented in this study in the Space-time gene expression level. The result has guiding significance on how to select excellent germplasm and the producing are of Paeoniae Radix Rubra siutably, and it has an important theoretical and practical significance on the sustainable ultilization of the Paeoniae Radix Rubra resource and protection of the prodution-area environment.

能否系统揭示赤芍和白芍功效成分差异的形成机制是决定能否实现赤芍资源可持续利用的关键。申请者前期基于"交叉置换设计"量化分析了"种质、环境、加工"三大因素对赤芍和白芍功效成分差异的影响，结果发现种质分化和产地环境才是导致二者功效成分差异的关键因素。因此，本课题拟在前期研究基础上，采用转录组测序（RNA-Seq）和数字表达谱技术（DGE），筛选导致二者功效成分差异的关键功能基因，并进一步从关键功能基因时空表达水平分析种质分化和产地生态因子对二者功效成分差异的影响机制，研究结果对于赤芍野生变家种生产实践中如何合理选择种质、配置产地具有重要的指导意义，同时对于实现赤芍资源的可持续利用，保护赤芍分布区的生态环境也具有重要的理论和实际意义。

同一种植物芍药Paeonia lactiflora Pall.的根可以是赤芍Radix Paeonia Rubra和白芍Radix Paeonia Alba两种药材的来源（《中国药典》2015年版），但作为不同药材时功效各异，其中赤芍是清热药，白芍是补益药。然而，其差异形成的化学物质基础为何？产生这种差异的主导因素是什么？这一直是中药学研究领域的经典问题。近年来的研究表明，赤芍与白芍在药理作用上确实存在一定的差异，这初步给出了赤芍和白芍功效差异的药理学证据；在化学成分差异物质基础上，也有报道成分含量和组成比例上存在一定差异。而对于药材质量的差异程度的数量化分析，以及导致这种差异形成相关的遗传、生态环境、加工方法三大要素的贡献度，还有待于设计更为系统的试验加以揭示。基于上述目的，本文以采集于代表性产区的野生芍药和栽培芍药为材料，通过多地点种植比较试验以及交替加工处理分析，从化学成分指标及分子遗传本质两个方面研究二者是否存在差异，并分析人为加工因素和客观环境因素对其差异的影响规律，以探讨形成二者差异的主导影响。主要结论如下：. 1. 加工方法对赤芍与白芍中化学成分的影响研究结果表明：采用包括赤芍与白芍传统加工方法在内的4种方法，同时处理人工栽培赤芍和白芍后，不同加工方法会改变二者中化学成分的含量，但不论加工前后，二者的化学成分均存在部分指标的显著差异。说明不能仅以加工方法作为划分赤芍和白芍的依据。. 2. 环境对赤芍和白芍性状指标的影响结果表明：环境会影响二者中部分化学成分含量，但不同环境下栽培生产的赤芍和白芍之间存在差异。说明同样不能仅以环境作为赤芍和白芍的划分依据。. 3. 赤芍与白芍遗传学研究结果表明：在栽培赤芍、白芍及野生赤芍之间，与萜类药效成分合成途径上，HMGR、MK和IPK存在表达模式差异；在类黄酮类药效成分合成途径上4CL、ANS、F3H、FLS、LAR和DFR存在表达模式差异。. 4. 进一步对人工栽培赤芍与野生赤芍进行对比说明，与白芍存在差异的成分在人工栽培赤芍和野生赤芍之间没有显著差异，说明赤芍栽培具有可行性。. 综上所述，加工和环境均能影响赤芍与白芍的部分化学成分含量，但均不能改变赤芍与白芍之间的差异。二者差异的原因主要来自于遗传。