結合全長轉錄組和代謝組學鑒定延胡索中的芐基異喹啉生物堿生物合成基因

中文名: 結合全長轉錄組和代謝組學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)痛效價約為嗎啡的60%。四氫巴馬汀和左旋紫堇達明已被確認為延胡索中具有鎮(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，產量較小的缺點制約著該類藥物的應用。

研究目的

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

材料方法

延胡索，成熟期的葉和塊莖，道地產區(qū)浙江磐安

代謝：UPLC-Q-TOFMS定性定量

轉錄組：二代+三代全長轉錄組測序

研究結果

1、轉錄組和代謝組測序分析

該研究以來自道地產區(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，并通過二代校準的三代全長轉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基因進行了挖掘。

2.、轉錄組-代謝組聯合分析

對處于不同器官的組織樣品進行了轉錄組-代謝組聯合分析，最終鑒定到了101個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種典型的代謝物進行了器官差異性豐度測定。結果顯示，目前已知的合成途徑在延胡索中報導過的BIAs合成途徑中均成功對應到至少一種關鍵合成酶的unigene，說明BIA的空間分布差異主要受到轉錄水平上的調控。

3、 OMT蛋白家族系統(tǒng)發(fā)育樹分析

進一步研究發(fā)現，其中參與合成具有廣泛臨床鎮(zhèn)痛潛力的關鍵代謝物四氫巴馬汀的酶可能與唯一已知的黃連中負責催化這一步反應的ColumbamineO-methyltransferase(CoOMT)存在較大的蛋白質序列差異。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明合成的關鍵，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解析的重點。

文章亮點

本研究明確了鎮(zhèn)痛成分的生物合成機制，同時為進一步生化水平上的活性驗證提供了方向，且為后期延胡索功能基因組的解析奠定基礎。

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