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内生真菌与草麻黄根—茎代谢差异物形成的相关关系研究

张琪  
【摘要】:草麻黄(Ephedra sinica Stapf)作为一味常用中药,是中药麻黄和麻黄根在《中国药典》中收录的基源植物之一,其茎和根药效相反,是本植物最大的特点。麻黄茎多用于发汗散寒,而麻黄根多用于固表止汗,此“同源异效”现象与其茎和根化学成分的差异密切相关。内生真菌与宿主植物长期的协同进化过程中,形成稳定的互利共生关系,高度多样化且功能专一的真菌群落可以对宿主植物的代谢物组成产生极大影响。由于宿主的“选择”作用,它们在宿主不同组织的分布不同,且对不同组织的影响也不同。因此,本文综合采用宏基因组和代谢组学技术,系统探究草麻黄茎和根的内生真菌群落组成和分布以及茎和根的整体代谢物组成差异,进而分析探索内生真菌与差异代谢标志物形成的相关关系。研究结果如下:1.首先采用ITS2条形码技术对采自山西大同地区的野生草麻黄进行物种鉴定,采用BLAST法将其序列与GenBank数据库中的物种序列进行比对。相似性高达100%,确定了采集样本为草麻黄(E.sinica)。2.基于Illumina Miseq高通量测序结果,对五月、九月采集野生草麻黄茎和根内生真菌群落组成及多样性进行分析,结果表明,草麻黄茎和根内生真菌群落组成具有明显差异。基于物种分类分析,九月草麻黄茎中优势内生真菌为Phyllosticta、Pleosporales_spp.、Alternaria和Allophaeosphaeria等属,而根中优势真菌属为Talaromyces、Aporospora、Aspergillus和Phaeoacremonium等属的真菌;五月草麻黄茎中优势内生真菌为Fusarium、Didymellaceae_spp.、Botrytis和Helvellosebacina等真菌,而根中优势真菌为Hypocreales_spp.、Eurotiomycetes_spp.等分类地位真菌。基于真菌OTU分析,筛选分析了39个优势真菌OTU在各组样本中的分布情况。3.基于核磁代谢组学技术,在五月和九月草麻黄茎和根中共指认了14个初级代谢物和22个次级代谢物;通过多元统计分析发现,五月、九月草麻黄茎、根代谢物组成具有明显差异,并筛选出23个差异代谢物。其中,麻黄碱、伪麻黄碱以及甲基麻黄碱仅存在于茎中,麻黄酚A、麻黄宁A、麻黄宁F、麻黄宁H、阿夫儿茶精仅存在于根中。另外,九月的草麻黄根与茎相比,精氨酸、丝氨酸、β-葡萄糖、蔗糖的含量较高,异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、儿茶素、富马酸的含量较低。五月的草麻黄根与茎相比,精氨酸、丝氨酸、β-葡萄糖、蔗糖含量较高,而异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸以及儿茶素含量较低;九月草麻黄的茎与五月相比,麻黄碱、甲基麻黄碱、谷氨酸、脯氨酸、蔗糖含量较高,亮氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、伪麻黄碱以及α-葡萄糖含量较低;九月草麻黄的根与五月相比,蔗糖、精氨酸、麻黄酚A、麻黄宁A、麻黄宁F和麻黄宁H含量较高,亮氨酸、脯氨酸、α-葡萄糖、β-葡萄糖和阿夫儿茶精含量较低。4.草麻黄根-茎39个优势内生真菌OTU与23个差异代谢物相关性分析表明,共有21个真菌OTU与这些差异代谢物存在显著或极显著的相关关系。其中,麻黄碱、伪麻黄碱、甲基麻黄碱与OTU15762、OTU24893、OTU27552(Helvellosebacina)、OTU30383(Alternaria)、OTU31159(Botrytis)、OTU34134具有显著正相关关系(P0.05),与OTU30157(Phaeoacremonium)、OTU30521(Aporospora)具有显著负相关关系(P0.05);麻黄酚A、麻黄宁A、麻黄宁F、麻黄宁H与OTU30099(Pezizales_sp.)、OTU30157(Phaeoacremonium)、OTU30236(Aspergillus)、OTU30521(Alternaria)、OTU30668(Talaromyces)、OTU30901具有显著正相关关系(P0.05),与OTU48、OTU87、OTU206、OTU30383(Alternaria)具有显著负相关关系(P0.05)。预示草麻黄根-茎中这些内生真菌对其代谢物的形成具有一定程度的促进或抑制作用。本研究采用前沿的多重-“组学”方法探索了内生真菌与野生草麻黄差异代谢物形成的相关关系,为加深认识内生真菌对草麻黄根茎差异代谢形成的作用提供科学数据,也为进一步开发功能内生真菌、调控麻黄植物品质提供新思路。


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