百秋李醇(Patchoulialcohol)作为广藿香挥发油中的主要活性成分之一,在历版《中华人民共和国药典》中规定其为评定广藿香药材与广藿香挥发油质量的指标成分,因其具有明显的抗菌和抗病毒的功效以及独特的香味,故被广泛用于药品及化妆品等行业。广藿香[Pogostemon cablin(Blanco)Benth.]作为提取百秋李醇的主要生物来源,其挥发油中百秋李醇含量相对较低,故限制了对百秋李醇的进一步开发利用,因而需对广藿香中百秋李醇生物合成途径展开研究。广藿香叶片中百秋李醇的含量相较于其它部位更高,且生长初期与成熟阶段百秋李醇的含量差异明显,因此本试验采用转录组测序与分析技术,比较幼苗期(扦插后60d)与成熟期(扦插后240d)2个不同发育时期叶片中的差异表达基因,发现3个百秋李醇生物合成途径中关键酶基因即法呢基焦磷酸合成酶基因(Famesyl diphosphate synthase,FPS)、百秋李醇合成酶基因(Patchoulol synthase,PTS)和 HMG-CoA 还原酶基因(HMG coenzyme A reductase,HMGR)表达存在差异。通过PCR扩增技术获得了广藿香FPS基因保守区片段,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR技术进一步分析FPS、PTS、HMGR基因在广藿香幼苗期与成熟期叶片中的相对表达量。主要研究结果如下:(1)采用水蒸气蒸馏法提取广藿香叶片中挥发油并对其进行GC-MS检测。幼苗期与成熟期挥发油含量分别为0.55%和1.13%,呈显著性差异。挥发油中百秋李醇含量在成熟期相较幼苗期提高了 10.43%,与此同时其它倍半萜类化合物含量均有不同程度提高。(2)通过对广藿香幼苗期与成熟期叶片进行转录组测序,分别获得了 63,751,826和 65,949,390 条 Clean reads,平均读长为 90 nt,De novo 组装后将 All-Unigene 分别注释到NR、KOG、GO、KEGG数据库,对每个数据库注释的Unigene数目统计后结果共有162,509条Unigene有对应的功能信息,其中105,430条Unigene被注释到NR数据库,显示与芝麻(Sesamum indicum)有69.87%的相似度。有83,369条Unigene被注释到KOG数据库,根据功能将其分为25类。有12,261条Unigene与GO数据库中的基因具有相似性,将其归为3大类中49个功能组。有79,053条Unigene被注释到KEGG的代谢通路中,分属于124类代谢通路,包括次生代谢物质生物合成、倍半萜和三萜类化合物生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、花青素生物合成等。(3)通过PCR扩增技术获得了广藿香FPS基因序列片段长为1177 bp,其中包含1个长度为1050bp的开放阅读框,编码由349个氨基酸残基构成的蛋白质,与其它已知FPS氨基酸序列的唇形科植物一致性高达93.10%,属于类异戊二烯生物合成家族。预测FPS蛋白质分子质量约为40.09kD,理论等电点(pI)为5.34,推测其为亲水性蛋白,无跨膜区且不含信号肽。(4)通过实时荧光定量PCR分析FPS、PTS及HMGR基因在广藿香幼苗期与成熟期叶片中的表达差异,结果表明3个基因在成熟期叶片中表达量均高于幼苗期,与转录组数据分析结果中基因表达上调一致。本研究为阐明百秋李醇在广藿香中合成的分子机制,从转录水平分析参与百秋李醇合成途径中差异表达的基因,筛选调控百秋李醇合成的关键酶奠定基础。