結(jié)合全長轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)鑒定延胡索中的芐基異喹啉生物堿生物合成基因

中文名: 結(jié)合全長轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)鑒定延胡索中的芐基異喹啉生物堿生物合成基因

英文名:?Integration of full-length transcriptomics and?targeted metabolomics to identify?benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic genes in?Corydalis yanhusuo

雜志：Horticulture Research

影響因子：5.404

研究背景

延胡索( Corydalis yanhusuo W.T. Wang) ，別名元胡，罌粟科紫堇屬多年生草本植物，常以其干燥塊莖入藥，是世界上具有低成癮性和耐受性的鎮(zhèn)痛中藥，鎮(zhèn)痛效價(jià)約為嗎啡的60%。四氫巴馬汀和左旋紫堇達(dá)明已被確認(rèn)為延胡索中具有鎮(zhèn)痛活性成分，可作為阿片類鎮(zhèn)痛藥的替代品，但含量低下，產(chǎn)量較小的缺點(diǎn)制約著該類藥物的應(yīng)用。

研究目的

對合成原小檗堿型芐基異喹啉生物堿的相關(guān)基因進(jìn)行了挖掘，為后期利用合成生物學(xué)與植物代謝工程生產(chǎn)延胡索中具有鎮(zhèn)痛效果的痕量化合物奠定了基礎(chǔ)。

材料方法

延胡索，成熟期的葉和塊莖，道地產(chǎn)區(qū)浙江磐安

代謝：UPLC-Q-TOFMS定性定量

轉(zhuǎn)錄組：二代+三代全長轉(zhuǎn)錄組測序

研究結(jié)果

1、轉(zhuǎn)錄組和代謝組測序分析

該研究以來自道地產(chǎn)區(qū)浙江磐安的延胡索成熟期的葉和塊莖為研究對象，采用UPLC-Q-TOFMS定性定量分析了延胡索中具有鎮(zhèn)痛活性的成分，并通過二代校準(zhǔn)的三代全長轉(zhuǎn)錄組測序的方法對合成原小檗堿型芐基異喹啉生物堿的相關(guān)基因進(jìn)行了挖掘。

2.、轉(zhuǎn)錄組-代謝組聯(lián)合分析

對處于不同器官的組織樣品進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組-代謝組聯(lián)合分析，最終鑒定到了101個(gè)參與芐基異喹啉生物堿(benzylisoquinoline alkaloid,BIA)生物合成途徑的unigenes和38種在延胡索葉與塊莖中含量具有顯著差異的代謝物，并對其中19種典型的代謝物進(jìn)行了器官差異性豐度測定。結(jié)果顯示，目前已知的合成途徑在延胡索中報(bào)導(dǎo)過的BIAs合成途徑中均成功對應(yīng)到至少一種關(guān)鍵合成酶的unigene，說明BIA的空間分布差異主要受到轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控。

3、 OMT蛋白家族系統(tǒng)發(fā)育樹分析

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，其中參與合成具有廣泛臨床鎮(zhèn)痛潛力的關(guān)鍵代謝物四氫巴馬汀的酶可能與唯一已知的黃連中負(fù)責(zé)催化這一步反應(yīng)的ColumbamineO-methyltransferase(CoOMT)存在較大的蛋白質(zhì)序列差異。通過系統(tǒng)發(fā)生樹分析，作者們推斷出至少存在10種unigenes的翻譯產(chǎn)物可能催化四氫巴馬汀的合成。 特異性的氧甲基化是四氫巴馬汀與紫堇達(dá)明合成的關(guān)鍵，延胡索中是否存在特殊的一類OMT或者具有不同底物特異性的OMT則是接下來將要重點(diǎn)解析的重點(diǎn)。

文章亮點(diǎn)

本研究明確了鎮(zhèn)痛成分的生物合成機(jī)制，同時(shí)為進(jìn)一步生化水平上的活性驗(yàn)證提供了方向，且為后期延胡索功能基因組的解析奠定基礎(chǔ)。

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