传统草药黄芪全转录组表达谱代谢通路分析

黄芪Astragalus membranaceus Bge. var. mongolicus (Bge.) HsiaoA. mongolicus,豆科)是一种重要的中国传统草药。黄芪次生代谢物质中的有效生物活性成分包括异黄酮和三萜皂苷。目前仅有有限的关于黄芪代谢物生物合成的基因组学信息。虽然根是黄芪的主要用药部分,但是其活性成分的生物合成过程和调控方式仍不清楚。复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室南蓬副教授合作中国科学院上海生命科学院植物生理生态研究所李轩研究员利用Illumina Hiseq2000平台进行黄芪根茎叶组织的RNA-seq测序。测序产生了1亿595十万的原始测序读长并组装成186324个功能基因(N501524bp),其中占69.7%129966个功能基因使用公共数据库(Swiss-Prot, TrEMBL, CDD, Pfam)注释。在黄芪的根茎叶中被分别发现了639467832690202个功能基因,并鉴定出了8025个转录因子(TFs)。其中的bHLH, MYB, C3H, WRKY家族与组织发育、代谢和逆境胁迫等功能的调控有关。本文描述了与次生代谢,尤其是与异黄酮和三萜皂苷生物合成有关的功能基因。绝大多数与异黄酮生物合成有关的基因在叶中低表达而在茎中高表达。三萜皂苷生物合成中MVA和非MVA通路的相关基因在根茎叶中差异表达。这表明黄芪IPPDMAPP的生物合成通路是平行但间隔组成的。我们克隆了第一个黄芪三萜皂苷生物合成酶——氧化鲨烯环化酶家族的环阿屯醇合酶。进一步的共表达分析表明候选CYP450s和糖基转移酶(GTs)存在于三萜皂苷生物合成的级联反应过程中。通过进一步比较黄芪、蒺藜和拟南芥中的CYP450家族,研究人员建立了CYP450家族的多样性和系统发育关系。该研究发表在2015年的《BMC Genomics》杂志上。

参考文献:

Global transcriptome analysis profiles metabolic pathways in traditional herb Astragalus membranaceus Bge. var. mongolicus (Bge.) Hsiao.Chen J,et al.BMC Genomics. 2015.

作者简介:

南蓬:复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室副教授。研究方向:1.次生代谢产物活性成分筛选及其代谢途径的分子调控机制; 2.小分子化合物与靶蛋白的相互作用,药物不良反应及疾病基因突变分析。 

李轩:中国科学院上海生命科学院植物生理生态研究所研究员,博士生导师。清华973国家重点基础研究发展计划项目《基于新一代测序的生物信息学理论与方法》第一课题组负责人。主要从事生物信息学和系统生物学的应用研究。