多组学解析广佛手果实内黄酮类代谢物时空分布特点

作     者：陈纪言 

作者单位：仲恺农业工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张伟丽

授予年度：2023年

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：广佛手 黄酮类代谢物 代谢组学 转录组学 

摘      要：佛手为芸香科香橼属植物佛手Citrus medica *** Swingle的干燥果实,具有疏肝解郁、理气和胃止痛、燥湿化痰平喘的药用疗效,其主要化学成分有黄酮类、香豆素类、挥发油、氨基酸等,其中黄酮类代谢物为广佛手质量评价体系的关键次生代谢物,在影响果实色泽形成以及风味构建,有效改善植物抗逆性以及在抗病虫害方面有潜移默化的影响作用,同时还具备抗氧化、抗炎抗菌抗癌、抗衰老等药用功能。为探究广佛手果实内黄酮类代谢物时空分布特点并解析相关基因表达调控网络,本研究通过总黄酮测定广佛手不同生长时期以及不同部位的样品总黄酮含量,在生理角度探究广佛手的黄酮含量信息,然后通过代谢组学方法对广佛手黄酮类化学成分进行表征,结合质量标志物时空分布特点挖掘出关键差异黄酮代谢物并进行富集通路分析;通过转录组学方法挖掘出广佛手黄酮类代谢物关键酶基因以及其相关的表达趋势以及通路富集情况;并以代谢通路为纽带,联合代谢组以及转录组结果揭示黄酮类代谢物时空分布特点进而解析广佛手黄酮代谢物相关基因表达调控网络,为进一步开发利用德庆道地南药广佛手奠定理论基础。根据总黄酮含量测定结果表明广佛手果皮总黄酮含量会随着果实的生长发育不断积累,而广佛手果肉总黄酮含量却随着果实的生长发育反而略有下降;利用广泛靶向代谢组学对广佛手不同时期以及不同部位样本的代谢产物进行鉴定,共鉴定了302种代谢物。根据代谢组结果可得广佛手黄酮代谢物中高车前素、香叶木素、柽柳黄素、异鼠李素、橙皮素相关衍生物随着广佛手生长发育在果肉内不断积累,猫眼草酚D、丁香亭、去甲基川陈皮素、奇篙黄酮随着广佛手生长发育在果皮内不断积累。对于广佛手成熟时期黄果果实来说,与质量评价相关的药性成分主要分布在果肉部位;果皮部位的代谢物相对较为丰富,且与颜色变化相关的代谢物多集中在果皮部位;然后通过转录组学方法筛选出富集于与黄酮类代谢物质合成紧密相关的通路上的关键差异基因,在类黄酮生物合成通路中,CHI、CHI2、CHI3、HST、SAT、CYP98A2、CCOAOMT1在黄果时期的显著表达促进了类黄酮生物合成通路上游物质的积累;LAR在黄果的显著表达促进了下游物质阿夫儿茶精、儿茶素、没食子儿茶素的积累;FLS在黄果的显著表达促进了高良姜素、山奈酚以及杨梅黄酮的积累。在花青素生物合成通路中,FGT在黄果时期的显著表达促进了花青素生物合成通路中天竺葵素、矢车菊素、飞燕草素向下游衍生物的转化。通过多组学解析广佛手黄酮类代谢物时空分布特点可得黄果时期相比青果时期具备更好的利用价值,广佛手成熟时期黄果果肉果皮均具有一定的药效成分,但果肉的利用价值相对果皮要高。因此通过本研究为进一步开发利用德庆道地南药广佛手以及新品种选育奠定了理论基础。