我所聯(lián)合廣州中醫(yī)藥大學(xué)揭示強(qiáng)光誘導(dǎo)鐵皮石斛類黃酮和多糖成分積累的共調(diào)控機(jī)制
鐵皮石斛是一種重要的藥食兩用植物，富含多種活性物質(zhì)，其中多糖和黃酮類化合物是鐵皮石斛的重要活性成分，很大程度上決定了其營養(yǎng)品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。生長環(huán)境是影響藥用植物品質(zhì)形成的重要因素，光作為自然界最為重要的環(huán)境因子之一，不僅是植物光合作用必需的能量來源，還可以調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育及代謝過程。我院環(huán)藝所聯(lián)合廣州中醫(yī)藥大學(xué)王宏斌教授和靳紅磊教授研究團(tuán)隊(duì)，以光對(duì)鐵皮石斛品質(zhì)形成的作用及調(diào)控機(jī)制為課題進(jìn)行了研究。
5月13日，雙方合作在The Plant Journal在線發(fā)表了題為“High Light Triggers Flavonoid and Polysaccharide Synthesis through DoHY5-Dependent Signaling in Dendrobium officinale”的研究論文，該研究首次揭示了強(qiáng)光誘導(dǎo)鐵皮石斛類黃酮和多糖成分積累的共調(diào)控機(jī)制。
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鐵皮石斛主要以莖入藥，根據(jù)莖顏色不同，有綠莖、紅莖和紫莖之分。研究發(fā)現(xiàn)，紅莖和紫莖鐵皮石斛中多糖含量高于綠莖鐵皮石斛。值得注意的是，強(qiáng)光是誘導(dǎo)花青素積累的一種重要環(huán)境因素，為了探究強(qiáng)光對(duì)于鐵皮石斛莖顏色和花青素積累的影響，研究人員將綠莖鐵皮石斛在強(qiáng)光下進(jìn)行處理，其莖顏色逐漸由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，類黃酮類成分花青素含量在高光處理下顯著升高；更有趣的是，強(qiáng)光同時(shí)可以誘導(dǎo)鐵皮石斛多糖含量的增加，如甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等單糖單元顯著增加，表明持續(xù)強(qiáng)光處理鐵皮石斛可同時(shí)促進(jìn)類黃酮成分花青素和多糖的積累。進(jìn)一步，通過代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合分析構(gòu)建了光調(diào)控的黃酮類成分花青素和多糖的生物合成途徑。
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?通過雙熒光素酶報(bào)告基因和ChIP-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛DoHY5可直接結(jié)合花青素生物合成基因（DoF3H1）和多糖生物合成基因（DoGMPP2、DoPMT28）的啟動(dòng)子，并激活基因表達(dá)，從而同時(shí)促進(jìn)鐵皮石斛中花青素和多糖的生物合成。瞬時(shí)過表達(dá)DoHY5顯著促進(jìn)強(qiáng)光下花青素和多糖生物合成基因的表達(dá)，提高花青素和多糖的含量，沉默DoHY5則相反。該研究揭示了強(qiáng)光同時(shí)誘導(dǎo)鐵皮石斛中多糖和類黃酮生物合成的共調(diào)控機(jī)制，建立了鐵皮石斛莖顏色與品質(zhì)的共關(guān)聯(lián)關(guān)系，為基于逆境種植鐵皮石斛提升品質(zhì)提供了理論依據(jù)，也為鐵皮石斛遺傳改良提供了重要的基因資源。
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廣州中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物生理生態(tài)研究所王宏斌教授和靳紅磊教授為本論文的共同通訊作者，廣州中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物生理生態(tài)研究所博士研究生李東曉和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所葉廣英博士為共同第一作者，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所王再花研究員也參與了本項(xiàng)研究。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省特支計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.16284?
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