UV-C处理穿心莲转录组分析及穿心莲内酯合成相关基因挖掘

【目的】对紫外线C（UV-C）处理的穿心莲叶片进行转录组测序分析,挖掘穿心莲内酯合成相关基因,为深入探究穿心莲内酯合成相关基因的调控机制和生物学功能提供理论参考。【方法】选用生长60 d的穿心莲幼苗为材料,经UV-C照射2 h后,利用Illumina HiSeq二代测序平台进行转录组测序,并结合生物信息学软件和实时荧光定量PCR （qRT-PCR）对所得序列进行功能注释和相对表达水平验证,挖掘响应UV-C的穿心莲内酯合成相关基因。【结果】共注释到21545个穿心莲基因,有2137个基因呈显著差异表达模式,其中,1147个基因显著上调表达,990个基因显著下调表达。GO功能注释结果显示,UV-C处理造成了氧化胁迫,线粒体氧化磷酸化电子传递链的NADH脱氢酶基因上调表达。KEGG代谢通路富集结果显示,二萜类物质穿心莲内酯的前体（E,E,E）-香叶基香叶基二磷酸（GGPP）合成途径[甲羟戊酸（MVA）途径和2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径]差异表达基因显著富集。转录组测序结果和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测结果均显示,MVA途径的4种合成酶基因HMGS（CXN00016849）、HMGR（CXN00000058）、MVK（CXN00002900）和MVD（CXN00004398）及GGPP合成关键酶基因FPS的表达量显著上调;MEP途径中,仅DXS（CXN00013302）的表达量显著下调。蛋白互作预测结果显示,2个途径中的差异表达基因编码蛋白之间存在互作,HMGS与CYP71家族成员之间,以及FPS1与UGT71、UGT73和UGT76之间的互作网络丰富。【结论】 UV-C照射调控穿心莲重要生命进程,其中,次生代谢、氧化磷酸化、光合作用等途径基因转录本的相对表达量呈UV-C特异性响应模式。合成穿心莲内酯前体GGPP的细胞质MVA途径基因显著上调表达,推测UV-C诱导穿心莲内酯合成的主要场所为细胞质。穿心莲MVA途径基因及CYP71、UGT71、UGT73和UGT76可作为穿心莲内酯合成途径研究的候选分子靶标。     

药用植物连作障碍研究进展

中医是我国特有的传统文化和产业,优质中药材是关系国计民生的战略性资源.近年来随着国内外对中药材需求的日益增长,人工栽培药用植物的种类和面积大幅增加,由于耕地有限、种植条件及道地性等因素的限制,在药用植物集约化种植过程中,普遍存在严重的连作障碍问题,在以块根类入药的药用植物上表现尤为严重.目前连作障碍已经成为制约中药材产量和品质的关键因素,严重阻碍中药材规范化种植和产业化发展.从药用植物连作障碍危害、形成机理以及调控措施的最新研究进展进行总结,指出连作障碍问题主要是植物-土壤-微生物三者共同作用的结果,分析了当前药用植物连作障碍形成的3个主要原因,包括土壤养分亏缺和失衡、化感自毒作用以及根际微生态破坏导致土传病害加重.提出了连作障碍的调控措施,包括优良品系选育、土壤灭菌、建立合理的耕种制度、施用微生物菌肥,并对未来研究的方向和重点进行了探讨,以期为克服药用植物连作障碍的栽培管理提供科学参考.     

红脚艾蒿的转录组解析

[目的]利用高通量测序技术解析红脚艾(Artemisia rubripes Nakai)的转录组信息特征.[方法]通过高通量测序平台Illumina HiSeq 2500对红脚艾进行转录组测序,通过Trinity软件de novo组装获得Unigene,并基于序列同源性对Unigene进行功能注释,得到红脚艾的转录组信息.[结果]测序数据经过质控后共获得24126043条高质量的reads,通过de novo组装获得173093个转录本,对组装的转录本去冗余后共获得85991个Unigene,平均长度为616.87 bp,N50为925 bp.共有47216个Unigene在NR、KEGG、COG、KOG、GO数据库获得功能注释,40802个Unigene在NR数据库注释,显示红脚艾与向日葵(Helianthus annuus)的单基因匹配率最高,16846个Unigene被KEGG数据库注释到130条代谢途径中,26171个Unigene被注释到25个KOG功能分类中,23203个Unigene被GO注释到生物过程、细胞组成和分子功能三大类51个功能分类,12810个Unigene被注释到25个COG功能分类中.[结论]利用高通量测序技术获得了红脚艾转录组信息特征,这些数据将为后期开展功能基因鉴定、解析化合物次生代谢途径及其调控机制奠定研究基础.     

药用植物基因组学研究进展

药用植物代表了最古老的药物形式,在许多国家的传统医学中使用数千年.药用植物是重要的自然资源,发展中国家高达80％的人口主要依赖植物来源的药物,全世界对草药的需求正在逐年递增,预计到2050年将达到5万亿美元,药用植物及其衍生物的大规模生产是不可避免的发展趋势.现代测序技术的飞速发展促进了药用植物基因组学的研究,基于基因组学的跨学科研究以及DNA和RNA、代谢组学和蛋白质组学的高通量数据分析,药用植物在代谢途径/酶、代谢物、基因、基因网络和蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域取得突破.结合本团队相关研究工作对药用植物基因组学的最新研究进展进行综述,涉及利用结构基因组学和功能基因组学揭示各种药用植物的基因组序列信息、物种间进化、分子化合物动态变化以及药用成分合成等方面,这些数据为重要药材资源的分子辅助育种、基因组编辑以及对活性化合物化学多样性分子机制的理解提供了重要的理论基础.许多药材的植物化学成分和潜在的健康益处尚未得到研究或仍需要更深入地研究,药用植物的未来充满未知、希望,甚至惊喜.鉴于物种的多样性、环境因素的复杂性以及药用植物的全球分布,结合基因组学加强研究工作以开发新的和改良的药用植物品种势在必行.     

珍稀药用植物金线莲研究现状与展望

金线莲为兰科珍稀名贵药用和观赏植物,因富含多种药用和营养成分深受人们青睐,近年来的市场需求也在不断递增。为了促进金线莲的产业发展和基础研究,总结了前人在金线莲研究方面的进展,比较了金线莲属植物的种系差异,重点讨论了金线莲基因组学（结构基因组学/功能基因组学）以及环境（生物/非生物互作）响应方面的研究进展,分析了金线莲品质影响的主要因素为加工方式、栽培模式、品系,针对目前并未深入展开的种质资源概况、基因组学、环境互作、品质差异和胚胎繁殖等方面的研究进行了系统综述,并对目前存在的主要问题及如何解决提出相应的策略和展望,为大数据时代名贵药用植物的分子生物学研究提供可行性参考。     

国内外穿心莲研究态势分析

为了解穿心莲(Andrographis paniculata)的研究现状和学科发展，通过科学网(Web of Science，WoS)核心合集搜索2001—2020年发表的穿心莲SCI学术论文，结合文献计量学描述性和关联性指标，明确穿心莲近20年的科研态势。结果表明：（1）2019—2020年穿心莲的年发文量突破100篇，多数以穿心莲内酯的抑癌功能为核心展开。（2）虽然发文量最多的国家是印度、中国和马来西亚，但中国与美国和澳大利亚的合著关系最近。结合发文量、H指数与论文年均被引数，美国仅凭中国发文量1/5的产出就达到与中国持平的国际影响力，成果受到高度重视，中国穿心莲论文质量仍需提高。（3）印度科学工业研究理事会(CSIR)和新加坡国立大学是被引频次最高的穿心莲科研机构。台湾中华医科大学、中国科学院、上海中医药大学和中山医学大学是中国主要的穿心莲科研机构。（4）穿心莲发文量前3名作者均来自中国。（5）新加坡国立大学Wong W S F团队于2009年发表穿心莲至今为止影响因子最高(21.4)的学术论文，阐明穿心莲内酯缓解哮喘的分子机制。“天然抗生素”穿心莲内酯抑制新型冠状病毒蛋白活性的功能公开引起国际学者的高度重视，关于穿心莲药理药效和高产稳产等基础研究将更加深入。