DNA甲基化在地黄环烯醚萜苷积累中的调控研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31870312
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
段红英
依托单位：
河南师范大学
学科分类：
C0208.植物资源保护与利用
结题年份：
2022
批准年份：
2018
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
卢龙斗；周春娥；袁金红；丁卫凯；李娇娇；郑雪；
关键词：
种质资源环烯醚萜苷地黄种质评价 DNA甲基化

项目摘要

Plant secondary metabolite is produced by the interaction between plant and environment during long-term evolution of plant, while epigenetics plays an important role in organisms adapting to environment. DNA methylation is one of the most important phenomena in epigenetics and has been a hotspot recently, but research about DNA methylation in regulation mechanism of plant secondary metabolism is less, and study on regulation mechanism of iridoid glycoside biosynthesis in Rehmannia glutinosa Libosch, especially the study of epigenetic regulation has not been reported. In this study, cloning, function, DNA methylation of some genes related to iridoid glycosides synthesis and the accumulation of iridoid glycoside in Rehmannia glutinosa Libosch would be studied by molecular biology, epigenetics, bioinformatics and other methods, simultaneously Rehmannia glutinosa Libosch treated with 5-azaC would be contrast experiment, and regulation function of DNA methylation in iridoid glycosides synthesis would be also analyzed to reveal role of DNA methylation modification in secondary metabolism of Rehmannia glutinosa Libosch, which would provide reference to study mechanism on plant secondary metabolism from the perspective of epigentics.

植物次生代谢产物是植物在长期进化过程中与环境相互作用产生的，而表观遗传在生物适应环境的过程中起到重要作用。DNA甲基化是表观遗传最重要的现象之一，已成为当前研究的热点，但是关于DNA甲基化在植物次生代谢中的调控机制研究较少，同时地黄环烯醚萜苷生物合成的调控机制研究，尤其是表观遗传调控的研究，尚未见报道。本项目拟以地黄85-5为实验材料，运用分子生物学、表观遗传学、生物信息学等手段，对地黄环烯醚萜苷上游合成途径关键酶基因DXR、GPPS、G10H、10HGO的克隆、功能、DNA甲基化以及环烯醚萜苷积累等进行研究，同时应用DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷处理的地黄做对比实验，分析DNA甲基化在地黄环烯醚萜苷合成中的作用，以期揭示DNA甲基化在地黄次生代谢中的调控作用，也为从表观遗传学角度研究植物次生代谢的调控机理提供借鉴和参考。

结项摘要

植物环烯醚萜苷合成的步骤多、调控网络复杂，而DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在基因表达调控过程中起着重要作用。本项目对地黄的蛋白质组、代谢组、环烯醚萜苷合成以及DNA甲基化影响等进行了研究，发现地黄不同生长时期根的DEPs主要参与代谢过程、细胞过程、刺激应答等，其中富集到代谢途径、次生代谢产物合成的DEPs比较多，而且萜类合成蛋白之间存在复杂的相互作用，大多数萜类合成蛋白在不同生长时期根中的表达差异显著。UPLC-MS/MS检测结果表明地黄根中单萜类化合物数量较多，而且环烯醚萜苷的积累具有时空特异性，在不同品种、不同产区地黄的环烯醚萜苷积累不同。本研究挖掘、筛选了环烯醚萜苷合成途径中关键酶基因家族，克隆了DXS1、DXR1、HDR1、GPPS、GES、G10H1和10HGO1基因，除了具有时空特异性表达外，目的基因在不同品种、不同产区地黄的表达也不同。将目的基因进行植物遗传转化研究，获得了DXS1、HDR1、GPPS、GES或G10H1转基因拟南芥植株以及10HGO1转基因地黄植株，发现10HGO1基因显著影响了地黄的表型以及环烯醚萜苷积累。在DNA甲基化抑制剂5-azaC处理下，总环烯醚萜苷含量随着地黄生长而不断增加，其中50μM 5-azaC显著促进环烯醚萜苷的积累及其关键合成酶基因表达。5-azaC也引起了地黄DNA甲基化程度、状态发生改变，随着5-azaC浓度增加，地黄基因组5mC比例降低、DNA去甲基化程度增加。进一步研究了5-azaC处理下地黄根的转录组，发现5个DNA甲基转移酶unigenes的表达显著下调，5-azaC显著影响了次生代谢产物的合成，而且一些环烯醚萜苷合成酶基因表达差异显著。因此，本研究成果不但为地黄种质资源的开发利用及新品种改良奠定基础，而且为植物萜类生物合成调控机理的表观遗传学研究提供参考依据。