基于表观遗传调控因子miRNA解析冬凌草道地性形成分子调控机制
批准号:
32100306
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱利利
依托单位:
学科分类:
植物资源保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱利利
中文摘要
冬凌草道地性明显,不同产地冬凌草中特征性功效成分冬凌草甲素(Oridonin,Ord)含量差异显著,是其道地质量属性的主要体现,但调控机制尚不明确。研究表明,冬凌草IrKSL基因的可变剪切引起其二萜类成分变化,而表观遗传调控因子miRNA通过调控靶基因表达参与植物二萜生物合成。推测冬凌草miRNA通过响应环境调控酶基因差异表达,引起不同产区冬凌草二萜类成分变化,是其道地性形成的重要机制。本研究在转录组基础上,结合sRNA和降解组测序,鉴定冬凌草中miRNA及其靶标,采用qRT-PCR、RLM-5' RACE、烟草瞬时转化技术以及拟南芥和冬凌草过表达miRNA,阐明冬凌草miRNA与靶基因的交互作用及miRNA生物学功能;构建miRNA介导的网络调控模型“miRNA-mRNA-Ord”,为解析冬凌草道地性形成机制提供新的思路,也为其他道地药材的机制研究提供参考。
英文摘要
The content of oridonin in Isodon rubescens from different habitats are significantly different, which basically reflect the essences of geo-herbalism, but the formation mechanism is not clear. A recent studies shows that alternatively spliced transcripts of IrKSL generate different types of diterpenoid compound. Epigenetic regulator miRNA can regulate diterpenoids by controlling the expression of different splice variant from the same target. It is speculated that miRNA controls the terpene synthase gene transcripts differentially expressed respond to environment change,thus result in different structure and content of diterpenoids, which may be the important mechanisms of geo-herbalism quality formation in Isodon rubescens. On the basis of transcriptome analysis, miRNAs and targets in Isodon rubescens leaves will be identification by small RNA sequencing and degradome sequencing. The cleavage and interaction of candidate key miRNA with its target will be illuminated by qRT-PCR, RLM-5' RACE and agrobacterium-mediated transient co-transformation assay, and the biological function of miRNA will be verified by cloning the precursor gene of miRNA and transformed it into Arabidopsis thaliana and leaf of Isodon rubescens by agrobacterium-mediated. MiRNA mediated “miRNA- mRNA- diterpenoids” regulatory network will be established to expound geo-herbalism forming mechanization of Isodon rubescens. The research will provide a new perspective for geo-herbalism forming mechanization study of other Chinese herbal medicine.
冬凌草是特色豫产道地药材,含有丰富的冬凌草甲素(Ord)等系列贝壳杉烷二萜,Ord已列为国家重大新药创制专项支持品种。然而,不同生态环境下冬凌草中二萜结构和含量差异显著,也是影响冬凌草道地性形成的首要因素。研究证实表观遗传调控因子miRNA对多种药用植物的活性成分及品质形成具有调控作用。为了揭示miRNA在冬凌草道地品质形成中调控作用,本项目以冬凌草基因组为参考,不同产地冬凌草化学信息为“追踪靶”,对高含(HOr)、低含(LOr)及不含(NOr)Ord的冬凌草进行了mRNA、sRNA及降解组测序,丰富了冬凌草序列信息。3种生态型冬凌草mRNA、miRNA比较分析,显示参与二萜类生物合成途径的DEGs在HOr或LOr中高表达、在NOr中低表达,而miRNA表达趋势相反;另鉴定到系列DEMs对MYB、SPL、WRKY等TFs有靶向作用。降解组测序验证了候选miRNA对mRNA的靶向切割,多组学联合分析结合qRT-PCR筛选出具有负调控作用的关键miRNA及其靶基因,明确了冬凌草中可能参与调控Ord等生物合成与积累的关键DEMs-DEGs模块。采用双荧光素酶报告系统验证了Ir-miR858b对IrMYB具有较强的靶向性,可降低靶基因IrMYB酶活性。分别构建Ir-miR858过表达和Ir-miR858 STTM沉默载体,用农杆菌介导的叶盘转化法转冬凌草;过表达Ir-miR858,靶基因IrMYB表达水平下降,冬凌草不定芽转基因株系Ord和迷迭香酸(Ros)含量相比野生型下降;抑制Ir-miR858表达,靶基因IrMYB表达水平上升,且转基因株系Ord和Ros含量提高。研究结果表明Ir-miR858b可负调控IrMYB表达进而抑制冬凌草Ord与Ros合成与积累。本项目发现了一种调控冬凌草Ord和Ros合成与积累的新机制,对深入理解冬凌草道地性形成机制具有重要意义。
国内基金
海外基金