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    铁皮石斛多糖生物合成调控的研究进展

    发布日期:2021-02-22 07:25 生物论文

    在中科院华南植物园农业资源中心段军研究员和于振明博士的指导下,铁皮石斛多糖生物合成调控研究取得了进展。相关研究最近发表在《BMC植物生物学》。据报道,该研究不仅有助于完善植物多糖合成和调控的基础理论,而且为铁皮石斛种质改良和活性成分开发提供了科学依据。

    铁皮石斛是一种传统珍贵的中草药,有2000多年的药用历史。以甘露糖和葡萄糖为主要成分的水溶性多糖被认为是铁皮石斛最有效的成分,其含量可达34.06%~43.27%。现代药理研究发现,铁皮石斛多糖在免疫调节、抗炎、降糖等方面表现突出。然而,对铁皮石斛多糖生物合成调控的研究仍显不足。

    从铁皮石斛中发现了8种脱氧核糖核酸甲基转移酶和3种脱氧核糖核酸去甲基化酶。除了DME亚科在双子叶植物中的特异分布外,MET、CMT、DRM、DNMT2、ROS1、DML3亚科在单子叶和双子叶植物中广泛分布,每一个都形成了独特的单子叶基因家族。铁皮石斛DoC5-MTase和DodMTase的启动子区含有多种激素应答、光应答、胁迫应答、组织器官特异性表达等元素,表明它们在多重胁迫应答过程中发挥重要作用。

    在低温和干旱胁迫下,大多数DoC5-MTase基因(DoMET1、DoDRM1、DoDRM2和DoCMT3)的表达显著下调,而DodMTase基因的转录丰度显著增加。上述结果表明,低温和干旱可以动态改变DoC5-MTase和DodMTase的表达水平,通过甲基化和去甲基化来沉默或激活应激反应基因,以适应环境变化。

    RT-qPCR分析表明,随着铁皮石斛生长发育过程中关键酶基因(DoPMM、DoGMP1、DoUGP、DoUGE、doggm1、DoCSLA6)表达量的增加,铁皮石斛多糖含量显著增加。在此期间,DoC5-MTase基因在铁皮石斛中的表达显著下调,而DodMTase基因的表达显著上调,导致铁皮石斛的DNA甲基化水平显著降低,进一步促进了多糖合成关键酶基因的上调,最终导致铁皮石斛多糖含量显著增加。

    结果表明,表观遗传学(DNA甲基化修饰)可以调控铁皮石斛多糖的生物合成,DNA甲基转移酶(DoC5-MTase)和DNA去甲基化酶(DodMTase)可能形成一个平衡的负反馈环,从而动态调控铁皮石斛多糖的生物合成。


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