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武汉植物园莲心发育机制研究取得进展

2022-07-06 武汉植物园
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  莲心位于莲子的内部,富含双苄基异喹啉生物碱,具有重要的药用价值。此外,莲心可合成叶绿素,且具有光合系统,是莲子能长期保持生命力的一种适应性。目前,关于莲心中生物碱和叶绿素的合成的分子机制知之甚少。近日,中国科学院武汉植物园在Frontiers in Plant Science上,在线发表了题为Transcriptome-Wide Characterization of Alkaloids and Chlorophyll Biosynthesis in Lotus Plumule的论文,揭示了莲心中生物碱和叶绿素合成的分子机制。 

  HPLC分析结果表明,莲心中生物碱主要为莲心碱、异莲心碱和甲基莲心碱,甲基莲心碱为主要成分。16个参与莲心生物碱合成的结构基因被鉴定,其中12O-甲基转移酶(OMT)可能参与莲中生物碱多样化的合成。此外,一些结构基因的同源基因间表现出基因功能的分化和冗余。 

  叶绿素的合成与莲心颜色的变化密切相关,莲蓬避光实验证明莲心叶绿素合成需要光照。本研究中,22个结构基因编码16种叶绿素合成关键酶被鉴定,大部分结构基因在叶绿素合成进程中上调表达。结合原叶绿素酸酯还原酶(POR)基因的进化和表达分析,研究进一步为莲心中叶绿素合成的光依赖性提供了重要的分子证据。 

  此外,本研究还揭示了莲心生物碱和叶绿素合成之间的潜在关系。这将有助于丰富科学家对植物中生物碱和叶绿素合成的认识,并对莲的遗传育种具有重要意义。 

  研究工作得到中科院战略生物资源计划、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金的支持。  

  论文链接 

  双苄基异喹啉生物碱合成基因的鉴定和表达分析。(A)预测的莲心生物碱合成步骤,(B)NnTyDCNnNCSNnCNMTNnCYP80A基因的表达分析,(C)参与莲心生物碱合成的O-甲基转移酶(OMT)基因的系统发育树分析,(D)OMT基因的表达分析,(ENnNCSNnCYP80同源基因间的差异表达。 

打印 责任编辑:侯茜

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