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浙江省药用植物种质改良与质量控制技术重点实验室徐茂军团队在Industrial Crops & Products上发表银杏黄酮合成途径关键基因GbDFR的功能研究成果

来源 : 杭州师范大学生命与环境科学学院     作者 : 生科院     时间 : 2020-07-10     点击 : 25

近日,生命与环境科学学院/浙江省药用植物种质改良与质量控制技术重点实验室徐茂军教授团队在Industrial Crops & Products(影响因子4.244)上发表银杏黄酮合成的最新研究成果“Functional and correlation analyses of dihydroflavonol-4-reductase genes indicate their roles in regulating anthocyanin changes in Ginkgo biloba”。

银杏叶提取物含有大量的黄酮类化合物,它们已被证实对各种神经和心血管方面的“老年病”具有良好的临床治疗效果。随着我国老龄化的到来,作为制药工业重要原材料的银杏叶,必将会具有越来越高的经济价值。在银杏叶含有的大量黄酮类化合物中,只有部分的黄酮具有医疗价值。所以研究银杏不同种类黄酮的差异化调控机制,进而提高银杏叶有效成分的含量具有重要的意义。

花青素是一类黄酮类化合物,在黄酮合成途径的一个分支中合成。DRFdihydroflavonol-4-reductase)恰好是催化合成花青素的关键酶。徐茂军教授团队利用网上公开的银杏基因组和转录组数据,分离克隆了银杏黄酮合成途径DFR基因家族中的三个新成员GbDFR4GbDFR5GbDFR6。基因功能分析显示,这三个新基因编码的蛋白都具有DFR酶的活性。蛋白序列分析显示,新发现的这三个成员比原来发现的三个成员更接近拟南芥DFR蛋白序列。

为了研究银杏叶中总黄酮、花青素和GbDFR表达水平之间的关系,徐茂军课题组做了一系列生理实验。对不同环境胁迫的银杏幼苗进行了处理,并测定了总黄酮含量、花青素含量和GbDFR表达水平。NaCl处理的银杏幼苗显示出总黄酮和花青素含量增加,并且还诱导了GbDFR基因的表达水平。相反,UV-B照射增加了总黄酮含量,但同时降低了花青素含量和GbDFR表达水平。水杨酸处理在有光和无光下处理结果分别是诱导和抑制总黄酮含量。不管光照条件如何,水杨酸处理均抑制了GbDFR表达水平和花色苷含量,验证了GbDFR的功能。而GbDFRs过表达材料转基因烟草的获得更进一步证明了DFR的功能。转基因烟草植株表现出相似的较高的DFR酶活性水平,GbDFR4GbDFR5GbDFR6的花青素水平明显高于对照组,不同基因或株系的花青素水平无显着性差异。同时出现颜色更深的叶片和更红的花色的表型。这一系列研究表明了GbDFRs在调节银杏叶花青素含量中的重要作用,并扩展了我们对银杏树的环境胁迫响应机制的理解。

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NaCl处理诱导总黄酮和花青素含量的积累

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UV-B处理可提高总黄酮含量,但降低花青素含量

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无论光照条件如何,SA处理都会降低花青素含量

浙江省药用植物遗传改良与质量控制重点实验室倪君副研究员为论文第一作者,徐茂军教授为通讯作者。该工作得到了浙江省自然科学基金项目等项目经费的支持。

人物简介:徐茂军,博士,杭州师范大学生命与环境学院教授。浙江省高校中青年学科带头人,浙江省杰出青年基金获得者。华盛顿大学(University of Washington at Seattle)、康奈尔大学(Cornell University)高级访问学者,中国植物学会、美国植物生物学家协会、美国科学促进会会员。浙江省药用植物重点实验室副主任,杭州市农产品安全重点实验室主任,杭州市中药资源重点学科负责人。主要研究方向为植物细胞与基因工程、药用植物分子生物学及资源开发利用技术、新型果蔬保鲜技术。主持研究了国家自然科学基金项目、留学回国人员科研基金项目、浙江省高校重大科技攻关项目、浙江省科技攻关重点项目、浙江省自然科学基金项目、杭州师范大学引进人才科研启动基金等各类项目20余项。在本行业国际一流刊物发表论文40余篇,获得国家发明专业3项。获得浙江省科技进步奖、浙江省高校优秀科研成果奖等多项奖励。

全文链接https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112546






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