从种子内生真菌角度探讨云南黄连濒危的内在机制

Coptis teeta Wall. is an endemic species to China-Himalaya, it is the most exclusive traditional herbs in Western Yunnan. Because of its own reproductive and over-harvesting, it’s urgent to carry out protection research for near extinction population of C. teeta in the wild. In our previous studies, C. teeta possesses typical reproductive characters which are high sexual reproduction input (high-yield seeds) but low germination rate, and prevailing clone propagation. These characters are proved to be close relationships with endophytic fungi within species. The secondary metabolites from its endophytic fungi strongly restrict seed germination and primary growth of Arabidopsis thaliana. We aim to explore the endophytic fungi diversity in C. teeta, to deeply study the secondary metabolites which influence the seed germination and seedling growth, to find the key chemical compound. In addition, we plan to speculate the biosynthetic pathway through their chemical structure, to uncover the key candidate genes by transcriptome data, to design protein inhibitors for those key genes in order to decrease the toxin content and improve the rate of seed germination in C. teeta. In our proposal, it provides important theoretical foundation and technical guidance for increasing the genetic diversity of C. teeta wild population and reversing the endangered situation of this species, and it will be very helpful for continually taking advantage of C. teeta.

云南黄连为中国-喜马拉雅特有种，是滇西最具有独占性的道地药材，因其自身繁殖特性和过度采集，其野外居群濒临灭绝，亟待开展保护研究。前期研究发现，云南黄连具有典型的高有性繁殖投入（种子量大）、低有性繁殖产出（出苗率低）及发达的克隆繁殖现象，并证实该现象与种传内生真菌密切相关，其次生代谢产物对模式植物拟南芥种子萌发和初期生长具有很强的抑制作用。本课题将对云南黄连内生真菌的多样性，抑制种子萌发及幼苗生长关键菌株的次生代谢产物进行深入研究，找到抑制种子萌发的关键化合物，并通过化学结构推测其生物合成途径，利用转录组学解释关键候选基因，设计关键基因的蛋白抑制剂，抑制毒素合成，降低毒素含量，提高云南黄连种子萌发率。本项目对提高云南黄连野生居群的遗传多样性，扭转濒危局势，并为云南黄连资源的持续开发利用提供重要的理论依据和技术指导。

云南黄连（Coptis teeta Wall.）主要分布于云南西北部的高黎贡山，亦称“云连”，为毛茛科（Ranunculaceae）黄连属（Coptis）多年生药用植物，其野生居群已处于灭绝的边缘，被国家列为二级濒危保护植物，渐危种。本项目结合前期野外调查及实验室控制实验，分析总结云南黄连的繁育生物学特征，提出其濒危机制的假说。云南黄连有性生殖的失败不是由于受精前器官退化或授粉困难，而是由于育苗困难。云南黄连的胚胎在成熟时处于前胚胎阶段，是其低发芽率的原因之一，但不是主要原因。Alternaria alternata是云南黄连的种传内生真菌，它不仅在黄连中而且在模式植物——拟南芥中产生抑制种子发芽的毒素，是种子发芽率低的一个重要因素，因此导致了该物种有性繁殖的频繁失败，并最终导致该物种长期生存的无性繁殖以克隆生长为主的趋势。这是真菌影响植物繁殖方式的一种新模式。本项目的研究成果对扭转云南黄连的濒危局势提供了一个新的研究思路，为云南黄连资源的持续开发利用提供了重要的理论依据和技术指导。共发表研究论文13篇，其中SCI研究论文11篇，含中科院二区Top2篇、二区2篇。申请专利2项，其中授权2项。