丹参miR828和miR858参与次生代谢调控的分子机制
批准号:
31370327
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
卢善发
依托单位:
学科分类:
水分和营养物质的运输与代谢
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴斌、王梅珍、邵芬娟、李东巧、雷万钧、杜清、邓宇星
中文摘要
丹参是传统中药材,正成为模式药用植物。丹参全基因组序列测定已基本完成,次生代谢产物丹参酮和酚酸等合成途径的关键酶基因研究也已取得进展,但其分子调控机理还很不清楚。基于前期对丹参次生代谢产物生物合成相关基因、miRNA和MYB转录因子的研究结果,我们认为miR828和miR858是丹参次生代谢的重要调控因子。为了验证这一假设,本项目将构建miR828和miR858过表达载体,转化丹参,比较分析转基因和非转基因丹参主要次生代谢产物含量的变化,高通量分析丹参降解组和转录组数字表达谱,从组学水平找出受miR828和miR858直接调控或间接影响的基因,揭示miR828和miR858与蛋白质编码基因和主要次生代谢产物之间的关系,构建miR828和miR858的调控网络并探讨其作用机制,为彻底揭示丹参药用活性成分生物合成的遗传控制机制和利用基因工程手段获得药用活性成分含量高的新品系奠定基础。
英文摘要
Salvia miltiorrhiza Bunge is a well-known material of traditional Chinese medicine (TCM). It is also an emerging model plant for TCM studies. The genome of S. miltiorrhiza has been preliminarily decoded and significant research progress has been made in key enzyme genes involved in the biosynthesis of secondary metabolites, such as tanshinones and phenolic acids; however, the regulatory mechanism of secondary metabolism is largely unknown. Based on our results from the studies on secondary metabolite biosynthesis-related genes, miRNAs and MYB transcription factors, we assume that miR828 and miR858 play significant regulatory roles in the biosynthesis of secondary metabolites in S. miltiorrhiza. With the aim to test this hypothesis, we propose to construct miR828 and miR858 overexpression vectors and then introduce them into S. miltiorrhiza. The content of main secondary metabolites in transgenics and non-transgenics will be analyzed comparatively. High-throughput degradome sequencing and RNA-seq will be performed for transcriptome-wide analysis of genes directly cleaved or indirectly regulated by miR828 and miR858. All of the data obtained will be further comprehensively analyzed for elucidating the relationships among miR828, miR858, protein-coding genes, and the production of main secondary metabolites in S. miltiorrhiza. We expect that the regulatory network of miR828 and miR858 in secondary metabolism will be constructed and the regulatory mechanism will be finally elucidated. The results will provide useful information for understanding the genetic regulatory mechanism in the biosynthesis of S. miltiorrhiza bioactive compounds and will serve as a basis for development of new S. miltiorrhiza lines with high bioactive compound content through genetic engineering approaches.
丹参是常用大宗中药材,也是基因组序列已经解码的药用模式植物。丹参含脂溶性二萜醌类化合物丹参酮、水溶性的酚酸类化合物丹酚酸以及黄酮类、醌类、三萜类、甾醇等其他成分,揭示次生代谢的调控机理对丹参品种改良具有重要意义。植物微小RNA是一类长度约为21-24个碱基、在植物体内发挥重要调控作用的非蛋白质编码RNA。本项目在克隆丹参MIR828基因的基础上,基于MIR828基因序列构建miR828过表达载体并基于人工miRNA技术构建miR858过表达载体,对农杆菌介导的丹参遗传转化体系进行了优化和改进,完成了农杆菌介导的miR828和miR858过表达载体的丹参遗传转化,基于LC-MS和RNA-seq技术分析了转基因丹参的次生代谢产物和转录组,解析了调控网络相关的家族基因。经上述研究,建立了一个高效的丹参遗传转化体系,发现丹参miR828介导MYB和ta-siRNA调控黄酮类化合物的生物合成,丹参miR858介导MYB基因调控丹参酚酸类化合物的生物合成,此外还系统鉴定出326条丹参次生代谢相关基因和5446条mlncRNA。已在SCI期刊发表论文10篇,最高SCI影响因子6.825,参编专著2章节,申请专利1项;参加了2个国际学术会议;培养博士后3名,博士研究生7名。经过项目组全体成员4年的努力,完成了计划的研究内容,并在此基础上增加了部分与本项目有关的研究工作,达到并部分超过了“验证miR828和miR858是丹参次生代谢的重要调控因子,阐明miR828和miR858作用的分子机制”这一预期目标,取得较好的研究结果,为进一步解析丹参次生代谢产物的合成和调控机制奠定了良好基础,具有较大的科学意义和潜在的应用前景。
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DOI:
10.1186/s12864-015-2315-5
发表时间:
2015-12-21
期刊:
BMC genomics
影响因子:
4.4
作者:
[Du Q, Li C, Li D, Lu S]
通讯作者:
Lu S
DOI:
10.1080/07352689.2017.1402852
发表时间:
2017
期刊:
Critical Reviews in Plant Sciences
影响因子:
作者:
[Yuxing Deng, Shanfa Lu]
通讯作者:
Shanfa Lu
Genome-wide characterization and comparative analysis of R2R3-MYB transcription factors show the complexity of MYB-associated regulatory networks in Salvia mitiorrhiza
R2R3-MYB转录因子的全基因组表征和比较分析表明丹参中MYB相关调控网络的复杂性
DOI:
--
发表时间:
2014
期刊:
BMC Genomics
影响因子:
4.4
作者:
[Caili Li, Shanfa Lu]
通讯作者:
Shanfa Lu
Characterization of the polyphenol oxidase gene family reveals a novel microRNA involved in posttranscriptional regulation of PPOs in Salvia miltiorrhiza.
多酚氧化酶基因家族的表征揭示了一种参与丹参 PPO 转录后调控的新型 microRNA
DOI:
10.1038/srep44622
发表时间:
2017-03-17
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Li C, Li D, Li J, Shao F, Lu S]
通讯作者:
Lu S
Identification, molecular cloning and expression analysis of five RNA-dependent RNA polymerase genes in Salvia miltiorrhiza.
丹参中5个RNA依赖性RNA聚合酶基因的鉴定、分子克隆及表达分析
DOI:
10.1371/journal.pone.0095117
发表时间:
2014
期刊:
PloS one
影响因子:
3.7
作者:
[Shao F, Lu S]
通讯作者:
Lu S
共 10 条
北马兜铃苄基异喹啉生物碱和马兜铃酸生物合成关键酶基因的克隆与功能分析
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批准号:32370275
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:卢善发
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依托单位:
丹参特异miR12112在酚类化合物生物合成中的调控作用研究
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批准号:81773836
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:卢善发
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依托单位:
毛果杨miR1444a在酚类化合物及木质素产生过程中的作用研究
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批准号:31570667
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2015
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负责人:卢善发
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依托单位:
国内基金
海外基金