CYP450蛋白在红花黄色素合成途径中的作用机制研究

Safflower yellow (safflor yellow, SY) is one of the main active ingredient of safflower and a kind of flavonoid compound. Studies have shown that SY had pharmacological effects of a dilation of blood vessels, inhibit thrombosis and others, which was also widely used in coronary heart disease, diabetes complications and other diseases, and greatly demanded in the market. At present, although the flower planting area in China continues to expand, the problem of safflower yellow resource requirements has not been solved. Therefore, improving the supplement of safflor yellow, cultivating high safflor yellow content safflower is more critical. Basing on the genome sequencing of safflower, encoding protein (three genes) of cytochrome P450(CYP) in safflower yellow metabolic regulation will be isolated by gene cloning, the expression profiles of those genes in different flowering periods and whose correlation with safflower flowering will be studied; biological function of CYP and their effects in the safflower yellow synthesis pathway will be characterized by over-expression and RNAi techniques, in addition, differentially expression of relative genes were analysed, and the contents of safflower yellow and its relative metabolites were measured by UHPLC-MS/MS, making more clearly for mechanism of CYP in safflower yellow pathway. Taken together, all the studies will lay the foundation for cultivating new lines of high safflower yellow contents by genetic engineering and expanding resource development of safflower yellow by biological engineering.

红花黄色素（safflor yellow）是红花的主要有效成分之一，为黄酮类化合物。研究表明，红花黄色素具有扩张血管、抑制血栓形成等多种药理作用，被广泛地应用在冠心病、糖尿病并发症等疾病上，其市场需求量很大。目前，虽然红花的种植面积在我国不断扩大，但仍未能解决黄色素资源需求问题。因此，提高红花黄色素自身含量，培育高黄色素含量的红花新品系已迫在眉睫。本项目拟在红花基因组测序基础上，利用基因克隆技术分离红花黄色素代谢途径中细胞色素P450（CYP）家族的编码蛋白（3个成员），研究其在红花不同开花时期的表达情况；在此基础上，通过超表达和RNAi技术研究这些基因的功能，并分析其他关键酶基因的差异表达情况，利用UHPLC-MS/MS法研究红花黄色素及相关代谢物的含量，从而明确CYP蛋白在红花黄色素合成途径中的作用机制，为通过基因工程手段培育高黄色素含量的红花新品系和扩大红花黄色素的资源开发奠定基础。

红花黄色素（safflor yellow）是红花的主要有效成分之一，为黄酮类化合物。研究表明，红花黄色素具有扩张血管、抑制血栓形成等多种药理作用，被广泛地应用在冠心病、糖尿病并发症等疾病上，其市场需求量很大。目前，虽然红花的种植面积在我国不断扩大，但仍未能解决黄色素资源需求问题。因此，提高红花黄色素自身含量，培育高黄色素含量的红花新品系已迫在眉睫。本项目在红花基因组测序基础上，利用基因克隆技术分离红花黄色素代谢途径中细胞色素P450（CYP）家族的编码蛋白（7个成员），利用qRT-PCR 进行了红花CYP82C1, CYP81E8, CYP82G24等基因在不同开花时期的表达情况，表明这些CYP450基因的表达与红花不同开花时期的黄色素积累关系相关。在此基础上，通过超表达技术研究这些基因的功能，并分析其他关键酶基因的差异表达情况，结果表明，黄酮代谢通路中的其他关键酶基因表现明显的上调和下调，说明红花CYP450基因在调控红花黄酮合成中起着至关重要的作用。利用UHPLC-MS/MS法研究红花黄色素及相关代谢物的含量，从而明确了CYP蛋白在红花黄色素合成途径中的作用机制。本项目的研究，一方面丰富该研究领域的理论内容，为深入研究红花黄色素代谢调控机制奠定基础；另一方面为利用分子育种手段培育红花新品系提供高效候选基因和新思路，具有广泛的应用前景。通过该项目的实施，在Genebank上注册新基因2个；发表注有该项目资助的论文14篇；申请发明专利2项；培养博、硕士研究生共4名。完成了合成规定的任务指标。