内生真菌对红景天次生代谢产物积累的调控及信号转导研究

来源 :山西大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:gy19890509
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红景天是珍稀的高山植物,也是我国传统药用植物和高山民族使用上千年的民间药物。红景天苷和酪醇是红景天属植物抗氧化的主要活性成分。红景天植物面临的主要问题是栽培条件下,红景天苷等主要成分达到药用标准需要5-7年的时间,采用传统方法无法解决这一问题。而本研究则从野生红景天内生态角度入手,研究内生真菌对红景天主要次生代谢物合成的影响。通过接种共生筛选试验,从分离自大花红景天、长白红景天和库页红景天的347株内生真菌中获得2株能够有效促进大花红景天组培苗生长的活性内生真菌ZPRa-R-1和ZPRs-R-11。将内生真菌与红景天组培苗共培养,研究红景天苷合成途径中NO、SA和H2O2等主要信号分子的变化规律,探索红景天苷合成途径中关键酶PAL、CA4H和TAL的表达规律,以及主要次生代谢物酪醇和红景天苷的积累规律。结果表明,ZPRa-R-1和ZPRs-R-11作用于红景天组培苗,首先引起信号网络途径的变化(比如,NO、SA和H2O2)以及红景天苷合成途径中的关键酶(例如,PAL、CA4H和TAL)活性的变化,最终引起酪醇和红景天苷等产物的积累。课题对两种内生真菌的诱导子成分进行了研究。通过内生真菌发酵,获得菌丝体和发酵液,分别作用于红景天组培苗,发现两株真菌都是菌丝体可以有效促进红景天中活性成分的积累。通过成分粗分离及促生活性试验,确定菌丝体多糖为有效成分,以多糖为诱导子进行诱导次生代谢物积累的信号转导途经研究。采用水溶醇沉法提取多糖,制备成多糖提取液,分别以浓度为59.2896 mg·L-1、55.9593 mg·L-1添加至红景天组培培养基,作为试验的基本培养基,研究多糖诱导子对信号转导及关键酶的作用;采用添加外源信号(NO的外源供体SNP;外源信号SA和H2O2)和抑制剂(NO淬灭剂cPTIO;SA合成抑制剂trans-CA;H2O2合成抑制剂CAT)进一步研究信号分子在真菌诱导代谢途径中的作用,以及诱导子对酪醇和红景天苷积累的诱导规律。结果发现,培苗中三种信号分子NO、SA和H2O2含量发生了显著的变化,ZPRa-R-1多糖提取液作用后,组培苗中NO、SA和H2O2的分别在第7 d、第8d和第8d达到最大值,PAL、CA4H和TAL活性最大值出现在第7d、第7 d和第8d。ZPRs-R-11多糖提取液作用后,组培苗中NO、SA和H2O2达到最大值的时间分别为第6d、第7d和第8d,PAL、CA4H和TAL活性分别在第7d、第8 d和第8 d达到最大值。同时发现,真菌多糖提取液对红景天组培苗次生代谢物酪醇和红景天苷积累的诱导效应是由NO依赖于SA和H2O2信号途径所介导的,NO是SA和H2O2的上游信号分子。ZPRa-R-1和ZPRs-R-11真菌诱导子的添加,使PAL活性在整个作用时间内均高于对照组;CA4H活性分别在2-10 d和5-10 d内高于对照组;TAL活性分别在1-8 d和整个时段内高于对照组。这显著影响了莽草酸代谢途径中苯丙氨酸和酪氨酸代谢的关键酶活性,说明菌-苗共生条件下红景天苷和酪醇的合成至少是两条途径(苯丙氨酸代谢途径和酪氨酸代谢途径)表达的过程。通过本课题的研究,揭示了内生真菌与宿主红景天之间存在着代谢上的因果关系。真菌与宿主的互作,首先是引起代谢信号网络的级联放大,进而引起关键酶表达的变化,最终导致宿主植物代谢产物积累的变化。这为挖掘红景天内生真菌资源、寻找促进红景天活性成分积累的有效方法提供研究依据。
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