滇重楼皂苷含量与EST-SSR标记的关联分析及优良种质资源发掘

Medicinal plants are crucial to human health, and they are the optimum sources of the development of new drugs. However, thousands of medicinal plants are threatened with extinction for the overexploitation. Thus, how to develop and utilize medicinal plant resources sustainably is becoming a global focus as the increasing human needs. This project will investigate germplasm resource of the Chinese endemic medicinal plant, Paris polyphylla var. yunnanensis, with unique effects and a long history of medicinal application. They provide the raw materials for many brand-name drugs but the resources are gradually depleted. The proposal will aim to explore germplasm resource of Paris polyphylla var. yunnanensis and excavate the elite germplasm. The yields and steroidal saponins of rhizomes are determined and analyzed using clustering and association algorithms to clarify the differences in bioactive substance, then establish the ratings evaluation system, and then infer the elite germplasm. The genetic diversity of Paris polyphylla var. yunnanensis will be revealed by cluster relationship of officinal quality and population genetic structure based on high density of EST-SSR markers. The functional marker will be developed according to the loci closely associated with saponins biosynthesis to provide an efficient and accurate method for determining the excellent germplasm of Paris polyphylla var. yunnanensis. This project will make contribution to the actual cultivation and production of Paris polyphylla var. yunnanensis, which will alleviate the pressing situation caused by overexploitation and exhaustion.

药用植物是人类健康的物质基础，也是成功研发新药稳定的来源。国内外医药产业对药用植物需求量逐年增加，因过渡采掘而导致数千种药用植物资源骤减甚至濒临灭绝，药用植物资源可持续开发利用已成为全球关注的热点。本项目拟以多种著名药物重要原料、功效独特、药用历史悠久、我国特有珍稀濒危药用植物滇重楼开展种质资源研究。通过滇重楼根茎产量和多种甾体皂苷含量测定以及聚类与关联分析，阐明不同居群间滇重楼活性成分的代谢差异，建立品质等级体系，初步明确药效成分含量高且产量高的优良种质；借助转录组深度测序和SSR全面搜索与反复过滤，开发滇重楼高密度的EST-SSR标记，确定群体遗传结构，并结合药用品质聚类，探讨滇重楼遗传多样性；利用EST-SSR标记与甾体皂苷表型关联分析，识别和筛选甾体皂苷合成密切相关位点，进而开发功能标记，高效准确地发掘优良种质，为实际生产中滇重楼引种与推广提供科学依据，缓解滇重楼资源日趋匮乏情势。

药用植物是中药资源的主要组成部分，重楼植物是我国重要的民族药用植物。近年来，市场供需矛盾问题和过度采挖现象致使重楼野生植物资源逐年减少，发掘优良种质，对缓解滇重楼供需矛盾问题已势在必行。我们相继展开了重楼叶绿体基因组，重楼皂苷生物合成与调控以及滇重楼种质资源遗传多样性相关的研究。. (1) 花叶组重楼叶绿体基因组特征明确. 通过对花叶组重楼植物叶绿体基因组测序与比较分析，明确重楼植物叶绿体组特征。鉴定不同类型的重复序列和高变异区域，为花叶组重楼分子标记开发提供参考。另外，花叶组重楼叶绿体基因组中编码基因起始密码子第三位偏好A/U，多数基因受到纯化选择。. (2) 重楼皂苷生物合成与调控解析. 借助高通量测序技术和植物化学分析手段，初步解析了滇重楼叶和根茎中重楼皂苷合成与积累特点。比较营养生长期和果熟期，叶中重楼皂苷浓度呈现下降趋势；根茎中重楼皂苷浓度变化趋势相反。结合基因表达情况，营养生长期叶中重楼皂苷合成基因表达了显著高于果熟期叶中合成基因的表达量；并且叶中和根茎中重楼皂苷合成基因表达与对应组织中重楼皂苷浓度变化存在正相关。随后，通过系统性采样进一步探索重楼皂苷合成与调控。营养组织中重楼皂苷浓度随着生长发育阶段推进而发生动态变化。此外，基于共表达网路，我们识别出与重楼皂苷合成相关基因共表达的转录调控因子基因和转运蛋白基因，为后续研究重楼皂苷合成与调控提供参考。. (3) 滇重楼遗传多样性分析 . 基于转录组数据，我们鉴定出与重楼皂苷合成相关的SSR位点并设计引物，筛选12对理想引物对云南省10个滇重楼栽培居群136个样本进行实验。对SSR分型数据进行群体遗传多样分析，发现来自曲靖高杆、曲靖矮杆、泸水居群具有较高遗传多样性；来自腾冲居群遗传多样性较低。10个栽培居群可能是有2个祖先亚类群杂交而来。以上研究结果期望能为重楼植物分子辅助育种提供参考，为重楼种质资源开发与利用奠定理论基础。

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