基于代谢组学及转录组学对不同生境的辣木叶化学多样性研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pwd19881217
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辣木Moringa oleifera Lam.是辣木科辣木属植物,多年生常绿乔木,主要分布于热带和亚热带地区。近年来对辣木叶化学成分和生物活性研究成为热点。研究表明,不同产地的辣木叶样品在营养成分、总黄酮和总多酚含量上都有差异,不同产地的辣木叶在次生代谢产物特别是酚性化合物上是否有差异,这种差异是由遗传因素还是由生境因素造成的,这方面的研究未见报道。鉴于此,本研究聚焦于辣木叶的质量,通过对不同产地的样品从化学成分、遗传和生境因子开展相关研究,探讨辣木叶化学多样性的影响因素,分析其品质的成因,为辣木叶质量控制和品种选育提供理论支持和技术指导,为药食同源的辣木叶良性发展奠定研究基础。主要研究结果如下:(1)对辣木不同部位与不同加工方式辣木叶的总多酚、11种酚性成分及抗肿瘤活性进行分析,结果显示60℃烘干的辣木叶总多酚、酚性成分含量和抗肿瘤活性(宫颈癌Hela、乳腺癌MDA-MB-231)总体上较高,因此选择60℃烘干的辣木叶作为进一步深入研究的对象,为本文后续研究不同产地辣木叶质量控制提供理论指导。(2)通过UV和MTS方法检测了35个不同来源的辣木叶总多酚含量和抗肿瘤活性(宫颈癌Hela、乳腺癌MDA-MB-231);采用UPLC-MS/MS液质联用技术构建不同产地辣木叶11个酚性成分定量分析的化学多样性评价体系;各产地辣木叶的酚性物质含量及抗癌活性差异较大,说明不同生境条件下的辣木叶化学多样性较丰富。(3)基于非靶向代谢组学分析辣木叶的化学多样性,以云南省三个产地(德宏、保山和元谋)的辣木叶为研究对象。通过代谢物的一级谱图(MS1)和二级谱图(MS2)共鉴定到化合物数目为2084个(ESI+模式)和1294个(ESI-模式)。主成分分析发现三组样品位于PCA图的不同象限,显示外部生境的变化促使代谢物呈现地域性。聚类分析得出生境条件的差异导致辣木叶质量不稳定,表现在聚类图上三个产地的样品各自聚在一起,证明辣木叶代谢物的种类和丰度随着生境条件的改变呈现多样性。OPLS-DA和KEGG分析得到产地间的差异代谢物数量不同且参与的代谢通路也不一样,绿原酸、槲皮素和异槲皮素的VIP值都大于5,在所有差异代谢物VIP值中居于前10位,对样本区分的贡献较大;黄酮生物合成和苯丙素生物合成是其它次生代谢生物合成中的重要代谢通路,绿原酸、山奈素、槲皮素和阿魏酸等酚类化合物参与其中,显示酚性成分在生物合成中的重要地位。(4)利用转录组测序技术探究遗传因子与辣木叶化学多样性的关系,选取德宏、保山和元谋三个产地的辣木叶进行转录组分析,将3个产地的样品测序数据经过软件组装拼接后共得到Unigene的total assembled bases(全部碱基数)为61149357条,N50数量为6433条,N50长度为3069bp。对辣木叶的Unigene进行注释统计,比对上Nr、KEGG、KOG、Swiss Prot数据库的Unigene数量分别为27491、25646、17235、21545,比对上四大数据库的Unigene数量为28724,未比对上数据库的Unigene数量为14319。对3个产地辣木叶的差异基因进行趋势分析,共有8个趋势,对应的基因数分别为:948、995、799、1309、492、599、712、679。通过KEGG注释,3个产地辣木叶中有24个与候选差异基因相关的酶参与黄酮的生物合成途径;48个与候选差异基因相关的酶参与苯丙素的生物合成途径。根据代谢组与转录组关联分析,基因与代谢物是正负相关关系,与化合物的含量及数量密切相关,促使辣木叶的化学成分出现多样性。辣木叶有36个遗传因子的VIP值均大于1.0,它们是与11个酚性成分相关的主要因子。(5)通过SPSS统计方法分析9个生境因子对辣木叶中11个酚性成分的影响,阐明地理、气候因子和土壤因子与辣木叶11个化合物的关系。结果发现生境因子与辣木叶的11个酚性成分都有相关性。采用正交偏最小二乘法(OPLS)探讨遗传及生境因子与辣木叶化学多样性的关系,所有因子中排名前四的生境因子(年均气温、年日照时数、有效磷、有机质)的VIP值均大于1.35,对辣木叶化学多样性的影响最为关键;通过Pearson相关性分析,生境因子(年均气温、年日照时数、有效磷)与6个酚性成分(没食子酸、绿原酸、阿魏酸、异槲皮素、槲皮苷、槲皮素)呈正相关,有机质与6个酚性成分呈负相关;对于相同物种,在黄酮和苯丙素生物合成中,遗传因子(Unigene0032837、Unigene0027007、Unigene0009862、Unigene0000531、Unigene0040004、Unigene0040782、Unigene0041804)与6个酚性成分呈正相关,与生境因子(年均气温、年日照时数、有效磷)呈极强正相关(r:0.8-1.0),与有机质呈极强负相关(r绝对值:0.8-1.0)。因此,选择年均气温、年日照时数及有效磷较高且有机质比较低的地区种植辣木,提高没食子酸、绿原酸、阿魏酸、异槲皮素、槲皮苷、槲皮素的含量。
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