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《甘肃农业大学》 2020年
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转录组学解析茉莉酸甲酯调控西兰花毛状根次生代谢物质合成的分子机制

包金玉  
【摘要】:西兰花,作为芸薹属植物中的“明星”物种,因其富含抗癌物质萝卜硫素(Sulforaphane,SF)而被广大学者研究,目前,SF是迄今为止蔬菜中公认的已知最强的抗癌、防癌天然活性成分之一,SF主要从西兰花种子或幼苗中获取,存在产量低,成本高等问题。有学者报道利用毛状根可以提高次生代谢产物的合成能力,本实验室成功建立起了西兰花毛状根培养体系,检测到西兰花毛状根中SF的含量高于无菌苗叶片和幼根,但目前还未见对西兰花毛状根生长过程及培养体系中营养消耗和微环境变化以及外源信号分子茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)调控西兰花毛状根合成SF分子机制的相关研究报道,本文对西兰花毛状根30 d增殖周期中培养体系营养消耗和微环境变化进行研究,以生长动态变化和萝卜硫苷(Glucoraphanin,GRA)及SF合成动态变化为基础,添加信号分子MeJA诱导西兰花毛状根,筛选出最佳MeJA处理浓度,应用转录组学解析MeJA调控西兰花毛状根次生代谢产物GRA和SF合成的分子机制,得到如下结论:1.西兰花毛状根生长过程中培养体系营养消耗和微环境变化(1)在西兰花毛状根30 d增殖周期中铵态氮的消耗量少于硝态氮,第24 d铵态氮含量达最低为47.64 mmol/L,是初始量的59.06%,第30 d硝态氮含量达18.21 mmol/L,是初始量的33.69%,毛状根培养过程中铵态氮(最低量)和硝态氮消耗比为1:1.09。(2)在西兰花毛状根30 d增殖周期中,第30 d培养液中蔗糖含量为40.75mmol/L,蔗糖消耗率(消耗率=消耗量/初始量)为53.50%。说明西兰花毛状根在增殖期(9-18 d)消耗较多的蔗糖。(3)西兰花毛状根30 d增殖周期中,培养液电导率第24 d为6.16 ms/cm,降低率为5.01%(降低率=减少量/初始量);第30 d培养液电导率为5.225 ms/cm,降低率为19.43%。在西兰花毛状根衰亡期(24-30d)培养液电导率有较大幅度的下降。(4)西兰花毛状根30 d增殖周期中,培养液pH 0 d为5.921,第18d为4.318,第30 d为4.651,pH变化呈现先降低后小幅上升的趋势。2.MeJA对西兰花毛状根生长及次生代谢产物合成的影响(1)西兰花毛状根增殖动态变化研究表明,毛状根的生长分为迟滞期(0-6d)、分化期(6-9 d)、增殖期(9-18 d)、静止期(18-21 d)和衰亡期(21 d以后)五个时期。(2)西兰花毛状根在第21 d增殖量可达初始量的18.25倍,增殖期增殖倍数的变化幅度较大。(3)西兰花毛状根GRA和SF合成动态变化研究表明,毛状根在静止期合成大量的GRA和SF,GRA在毛状根中的产量多于培养液中的产量,而SF在培养液中产量多于毛状根中。(4)从单瓶总产量看,在10 mmol/L的MeJA浓度诱导下毛状根GRA产量达最大,为5049.27μg/flask,是对照的2.79倍。在同一条件下,SF产量也达最大,为2549.34μg/flask,是对照的2.22倍。3.MeJA诱导西兰花毛状根次生代谢产物合成相关基因的转录组分析(1)向生长18 d的西兰花毛状根培养体系中添加10 mmol/L的MeJA分别诱导处理0,3,6,9,12 h。相较于0 h,其他处理下GRA和SF的产量均有所提高,总体均呈现先升高后降低的趋势,GRA和SF的产量在9 h均达最大,分别为0 h的2.22倍和1.74倍。(2)10 mmol/L MeJA诱导处理0,3,9 h检测到1195个差异表达基因。其中304个基因上调表达,763个基因下调表达。(3)对0,3,9 h共同上调表达的差异基因做KEGG途径富集分析,发现“硫代葡萄糖苷生物合成”这一通路(KO00966)富集排在第20位。(4)调控GRA合成的6个关键基因BCAT2,MAM1,CYP79B1,CYP83B1,UGT74B1和FMOGS-OX5在0,3 h表达量上调,9 h表达量下调。(5)模拟出MeJA诱导西兰花毛状根GRA生物合成及向SF转化的分子调控通路。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2020
【分类号】:S635.3

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