鐵皮石斛多糖生物合成調控研究中獲進展

發布時間：2021-04-02 16:30 原文鏈接：鐵皮石斛多糖生物合成調控研究中獲進展

　　鐵皮石斛（Dendrobium officinale）是我國傳統名貴的中藥材，有長期的藥用實踐史，具有“益胃生津、滋陰清熱”的功效，常用于治療熱病津傷、口干煩渴、胃陰不足、食少干嘔、病后虛熱不退、陰虛火旺、目暗不明。以甘露糖和葡萄糖為主要成分組成的水溶性多糖被認為是鐵皮石斛最主要的藥效成分之一，含量可達34.06~43.27%。現代藥理學研究發現，鐵皮石斛多糖在免疫調節、抗炎、降血糖等方面表現突出。然而目前，學界對鐵皮石斛多糖生物合成的調控研究仍欠深入。

　　近期，中國科學院華南植物園研究人員以鐵皮石斛為材料，挖掘到8個DNA甲基轉移酶（DoC5-MTase）和3個DNA去甲基化酶（DodMTase）。除DME亞家族在雙子葉植物中特異分布外，MET、CMT、DRM、DNMT2、ROS1、DML3亞家族在單子葉和雙子葉植物中廣泛分布，且各自形成了單子葉或雙子葉植物特有的單系基因家族。鐵皮石斛DoC5-MTase和DodMTase啟動子區域含有多種激素響應、光響應、脅迫響應、組織器官特異表達等元件，表明它們在多種脅迫響應過程中發揮重要作用。鐵皮石斛在低溫和干旱逆境脅迫下，大多數DoC5-MTase基因（DoMET1、DoDRM1、DoDRM2、DoCMT3）表達顯著下調，而DodMTase基因的轉錄豐度顯著增加。上述結果表明，低溫、干旱可以動態改變DoC5-MTase和DodMTase的表達水平，通過甲基化和去甲基化使脅迫響應基因沉默或激活，以適應環境的變化。

　　RT-qPCR分析結果顯示，在鐵皮石斛的生長發育過程中，隨著多糖合成關鍵酶基因（DoPMM、DoGMP1、DoUGP、DoUGE、DoGMT1、DoCSLA6）表達量的增加，鐵皮石斛多糖含量顯著增加。在此期間，鐵皮石斛DoC5-MTase基因顯著下調表達，而DodMTase基因明顯上調表達，從而使鐵皮石斛DNA甲基化水平明顯下降，進而促進多糖合成關鍵酶基因顯著上調表達，最終導致鐵皮石斛多糖含量明顯增加。結果表明，表觀遺傳（DNA甲基化修飾）能夠調控鐵皮石斛多糖的生物合成，鐵皮石斛DNA甲基轉移酶（DoC5-MTase）與DNA去甲基化酶（DodMTase）可能形成平衡式負反饋回路，進而動態調控鐵皮石斛多糖的生物合成。

　　該研究不僅有助于完善植物多糖合成與調控的基礎理論，也可為鐵皮石斛種質改良和活性成分開發提供科學依據。相關研究成果發表在BMC Plant Biology上。