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《北京中医药大学》 2014年
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调控甘草酸生物合成的新分子机制—功能基因CNVs

刘颖  
【摘要】:甘草是最常用大宗药材,具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳、缓急止痛和调和诸药等作用,有“十药九甘草”之称。近些年来,由于甘草野生资源遭到了严重破坏,栽培甘草已经成为商品甘草的主流。但是,大部分栽培甘草存在品质退化和甘草酸含量低等问题,达不到《中国药典》规定的合格标准,既影响甘草临床疗效,也制约栽培甘草的出口。因此,提高栽培甘草的质量已经成为制约甘草资源可持续发展的关键问题。甘草酸是甘草中最主要的活性成分,具有抗炎、抗癌、增强免疫力等诸多作用。目前萜类化合物的代谢途径已明确,在此途径中3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase,HMGR)、鯊稀合成酶(squalene synthetase,SQS)、β-香树脂醇合成酶(β-amyrinsynthase,β-AS)是3个关键酶,与甘草酸生物合成具有密切关系。基因组拷贝数变异(copy number variations,CNVs)是指与基因组参考序列相比,基因组中≥1 kb的DNA片段插入、缺失和/或扩增及其互相组合衍生出的复杂变异。目前已发现不少人类复杂性状疾病和CNVs有密切关系。本课题组在对甘草酸功能基因的研究过程中发现甘草功能基因存在拷贝数多态性。根据分子生物学中心法则,基因拷贝数的变化会导致基因表达量及其相应酶量的变化,从而引起其催化产物产量的改变。因此,如果能够增加甘草中这三个关键基因的拷贝数,就有可能增加其对应的酶量,从而促进甘草酸的生物合成。因此,本课题试图从甘草酸代谢途径上HMGR、SQS1、β-AS三个功能基因入手,从天然植物、酵母表达体系以及转基因再生植株3个层面分别分析功能基因CNVs与甘草酸次生代谢之间的相关性,从而完整的阐述甘草功能基因CNVs对于次生代谢网络的调控作用,并最终获得甘草酸高产的甘草株系,为今后应用生物技术大量生产甘草酸及缓解甘草酸药源短缺等问题提供一条新的途径。本课题共取得了如下结果:(1)在甘草整体植株水平证实功能基因CNVs影响次生代谢产物甘草酸的含量。6种功能基因拷贝数组合类型中,B类型(β-AS+HMGR+SQS=1+2+1)、A类型(β-AS+HMGR+SQS=1+1+1)更有利于甘草酸的积累,而C类型(ê-AS+HMGR+SQS=2+1+1)似乎不利于甘草酸的积累。B类型及A类型全部来自于甘草的道地产区,而C类型中有2/3来自于甘草的非道地产区。说明功能基因CNVs组合类型、甘草酸含量以及产地之间具有很好的对应关系。(2)在考察功能基因CNVs与甘草外部形态及显微构造的相关性时发现:功能基因CNVs与株高、地茎、茎皮颜色、一级侧枝数、茎刺毛数等外部形态指标以及栅栏组织厚度、海绵组织厚度、主脉维管束直径等显微指标之间无明确的相关性。但就叶片表面腺点数而言,无论是哪一种CNVs类型,其叶片背面的腺点数均要多于正面的腺点数,且B类型是整体腺点数较多的类型。同时,由于B类型也是甘草酸含量较高的类型。因此推测腺点数与甘草酸含量之间具有一定的相关性。(3)在毕赤酵母工程菌水平证实甘草功能基因CNVs明确影响次生代谢产物水平。实验中发现无论是过表达甘草SQS1基因的酵母工程菌,还是过表达甘草HMGR基因的酵母工程菌,其次生代谢终产物麦角甾醇的含量均高于空白对照。此外,在两大类过表达不同外源基因的酵母工程菌中均出现类似的现象,即:随着外源基因拷贝数的增加,酵母菌中麦角甾醇的含量呈现先上升后下降再上升的趋势。(4)建立了利用药用植物功能基因拷贝数研究药用植物有效成分变化规律的新技术体系。即:首先测定该药用植物有效成分代谢途径上关键功能基因的拷贝数,其次测定该植物中次生代谢产物的含量,最后分析二者间的相关性。(5)成功的构建了甘草3个功能基因的根特异性表达载体及相应的工程菌,并获得了根特异性过表达3个功能基因以及组成型过表达3个功能基因的甘草再生植株。这对于进一步揭示甘草酸合成代谢的分子机制奠定了物质基础。
【学位授予单位】:北京中医药大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S567.71

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄玉杰;王丹;王旭;宋娟;赵东利;;甘草的试管苗快速繁殖[J];北京农学院学报;2013年02期
2 焦艳红;宋艳茹;高述民;;药用甘草组织培养生产黄酮的研究进展[J];植物生理学报;2013年01期
3 樊紫周;赵伟鸿;果嘉;程瑞凤;赵金英;杨卫东;王英华;李巍;彭晓东;;甘草黄酮的抗抑郁作用及对海马脑区神经再生的保护作用[J];药学学报;2012年12期
4 刘颖;许巧仙;王学勇;刘春生;陈宏昊;;甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因多态性对其编码酶催化效率的影响[J];中国中药杂志;2012年24期
5 刘颖;张宁;王学勇;刘春生;陈宏昊;文浩;;甘草鲨烯合酶基因多态性对其编码酶催化效率影响的研究[J];中国中药杂志;2012年24期
6 刘颖;许巧仙;王学勇;刘春生;陈宏昊;;甘草3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因多态性与甘草酸含量的相关性分析[J];中国中药杂志;2012年24期
7 梁玉勇;李雪娇;尹双双;高文远;左北梅;;甘草组培苗的培养基优化及其有效成分分析[J];贵州农业科学;2012年11期
8 汪连海;蔺海明;张汉平;王升元;闫立本;赵贵亮;;甘草快速繁殖技术的研究[J];广东农业科学;2012年17期
9 枊福智;蔺海明;李占强;张汉平;;外植体及氮源对甘草愈伤组织诱导的影响[J];草业科学;2012年07期
10 刘颖;刘春生;;甘草β-AS基因时空表达模式研究[J];中药材;2012年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘铭;贾东升;赵江丽;温春秀;崔施展;李荣乔;谢晓亮;;甘草废渣中总黄酮提取工艺研究[J];食品研究与开发;2015年23期
2 Rui Yang;Bo-chuan Yuan;Yong-sheng Ma;Li-qiang Wang;Chun-sheng Liu;Ying Liu;;HMGR, SQS, β-AS, and Cytochrome P450 Monooxygenase Genes in Glycyrrhiza uralensis[J];Chinese Herbal Medicines;2015年04期
3 赵灿;郭丽娜;彭玉帅;刘辰;王如峰;;三七总皂苷生物合成的关键酶及其调控研究进展[J];中草药;2015年19期
4 王礼强;杨瑞;袁伯川;刘春生;刘颖;;光果甘草原生质体分离条件优化[J];生物技术通讯;2015年05期
5 金玉姬;潘晓燕;王肖娜;黄茜茜;吴湘军;李青原;刘洋;;甘草对小鼠体外精原细胞分化的影响[J];山东医药;2015年32期
6 黄世敬;张颖;潘菊华;王彦云;陈宇霞;;甘草抗抑郁研究与应用[J];世界中医药;2015年08期
7 金玉姬;刘忠平;吴湘军;李青原;黄茜茜;王肖娜;刘洋;;甘草抽出物在体外实验中促进精母细胞的分化[J];中国妇幼保健;2015年18期
8 陆燕华;谢丽丽;;附子-甘草配伍研究进展[J];上海中医药杂志;2015年06期
9 LIU Ying;ZHU Xiao-Qing;LI Wen-Dong;WEN Hao;LIU Chun-Sheng;;Enhancing ergosterol production in Pichia pastoris GS115 by overexpressing squalene synthase gene from Glycyrrhiza uralensis[J];Chinese Journal of Natural Medicines;2015年05期
10 李菁;向婷婷;许成;刘朝奇;张长城;袁丁;周志勇;;分子谱系地理学在药用植物基因水平的研究进展[J];中草药;2015年08期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 葛楚源;陈文列;李钻芳;廖乃顺;黄云梅;梁一池;刘献祥;;草珊瑚植物叶、茎显微结构与黄酮组织化学定位研究[J];中国中药杂志;2012年04期
2 蔺海明;纪瑛;邱黛玉;;灌水对沙漠绿洲区甘草生长动态和产量的影响[J];草业科学;2011年11期
3 罗祖良;李倩;覃洁萍;杨美华;;光果甘草的研究进展[J];中草药;2011年10期
4 黄惠英;马文芳;陈晓燕;王清;;NAA和2,4-D对甘草愈伤组织细胞染色体倍性及次生代谢物的影响[J];中草药;2011年10期
5 赵晶;柳福智;蔺海明;;不同外植体对甘草愈伤组织诱导的影响[J];广东农业科学;2011年19期
6 孟娟;;蒽酮-硫酸比色法测定甘草残渣中多糖含量[J];天津化工;2011年05期
7 卢虹玉;刘敬梅;张海超;高山林;;甘草毛状根诱导培养及其黄酮含量检测的研究[J];中国药学杂志;2011年11期
8 荣齐仙;许巧仙;刘春生;黄璐琦;;乌拉尔甘草HMGR基因cDNA的克隆与序列分析[J];中国中药杂志;2011年10期
9 文甜甜;高文远;张黎明;王娟;吕连媛;;甘草悬浮细胞总黄酮含量的测定方法[J];时珍国医国药;2011年03期
10 王巧娥;任虹;曹学丽;;甘草研究开发与利用现状[J];中国农学通报;2011年04期
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1 梁小锋;雷续虎;;全基因组SNPs和CNVs与精神分裂症的关联分析研究[J];中国优生与遗传杂志;2011年07期
2 胡萍;杨琳;詹国栋;马端;黄国英;周文浩;;新生儿2q37缺失伴4q部分三体全基因组拷贝数变异(CNVs)分析[J];复旦学报(医学版);2014年02期
3 刘颖;刘东吉;刘春生;廖彩丽;程小丽;;基于HMGR、SQS1、β-AS基因CNVs的甘草道地性机制研究[J];药学学报;2012年02期
4 刘颖;刘东吉;刘春生;;甘草HMGR,SQS1,β-AS合酶基因CNVs检测体系的建立[J];中国中药杂志;2012年03期
5 卢永娟;王瑞;倪华美;商鹏;;拷贝数变异(CNVs)导致遗传变异的研究进展[J];黑龙江畜牧兽医;2015年21期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 徐强;张学军;杨森;;拷贝数变异(CNVs)的研究进展[A];中华医学会第14次全国皮肤性病学术年会论文汇编[C];2008年
2 吕康模;;CMA与NGS产前诊断CNVs临床运用评价[A];第十一届全国遗传病诊断与产前诊断学术交流会暨第二届海峡两岸医药卫生交流协会遗传与生殖专业委员会年会论文集[C];2018年
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1 刘颖;调控甘草酸生物合成的新分子机制—功能基因CNVs[D];北京中医药大学;2014年
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1 周伟;北京油鸡全基因组CNVs及其与部分免疫性状关联分析[D];扬州大学;2013年
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3 朱小庆;基于工程菌的甘草HMGR、SQS和β-AS基因CNVs对其表达的影响研究[D];北京中医药大学;2012年
4 席培宇;甘草HMGR、SQS1和β-AS基因CNVs体系的构建[D];北京中医药大学;2013年
5 刘东吉;甘草HMGR、SQS、β-AS合酶基因CNVs与产地、形态的相关性研究[D];北京中医药大学;2011年
6 程圣启;常规PCR结合CNVplex技术在检测鸡CNVs中的应用研究[D];华中农业大学;2016年
7 潘岗;Landau-Kleffner综合征的预后特征及全基因组拷贝数变异的验证研究[D];复旦大学;2013年
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