華南植物園在石斛黃酮合成及調(diào)控研究中取得進(jìn)展
鐵皮石斛(Dendrobium officinale)為蘭科(Orchidaceae)石斛屬(Dendrobium)多年生草本植物，被國際藥用植物界稱為“藥界大熊貓”，收錄于《中國藥典》的各個版本，具有“益胃生津、滋陰清熱”的功效。鐵皮石斛是一種應(yīng)用歷史悠久的藥食同源植物，富含多糖、黃酮、生物堿、聯(lián)芐類等活性成分。黃酮類化合物具有抗氧化、抗衰老、抗病毒等功效，同時也是植物自身抗病、抗逆的主要成分。然而，目前對石斛黃酮類物質(zhì)的生物合成與調(diào)控研究尚不多見。
中科院華南植物園農(nóng)資中心俞振明博士等在段俊研究員的指導(dǎo)下，以鐵皮石斛為材料，研究了不同生長發(fā)育時期以及不同組織器官中黃酮含量的變化，發(fā)現(xiàn)定位于細(xì)胞質(zhì)的黃酮醇合酶(flavonol synthase, FLS)基因表達(dá)量與黃酮含量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。FLS是2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶家族的重要一員，以二氫黃酮醇為底物，催化黃酮結(jié)構(gòu)中的C3位羥基化，進(jìn)而生成楊梅素、山奈酚、槲皮素，是黃酮醇化合物生物合成的關(guān)鍵酶。在擬南芥中，過表達(dá)鐵皮石斛DoFLS1能顯著增加其黃酮含量，HPLC分析發(fā)現(xiàn)增加的黃酮主要來源于楊梅素，表明DoFLS1負(fù)責(zé)黃酮醇化合物中楊梅素的合成。與野生型植株比較，DoFLS1過表達(dá)植株中花青素含量明顯較低，這可能是由于異源過表達(dá)DoFLS1導(dǎo)致擬南芥中花青素合成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因(CHS、CHI、DFR、ANS、UFGT)表達(dá)受到明顯抑制。進(jìn)一步功能互補(bǔ)驗證發(fā)現(xiàn)，DoFLS1能夠回補(bǔ)擬南芥同源基因FLS突變體fls1-3具有低黃酮含量與高花青素含量的表型。同時，DoFLS1的表達(dá)還受到低溫、干旱、水楊酸等多種因素的影響，這與其啟動子區(qū)豐富的逆境響應(yīng)元件(ABRE、LTR、MBS、TCA)相關(guān)。
研究結(jié)果表明，DoFLS1能夠調(diào)控鐵皮石斛黃酮的生物合成。該研究結(jié)果為探究反饋抑制調(diào)控黃酮醇與花青素代謝流的科學(xué)問題提供依據(jù)，也為鐵皮石斛種質(zhì)改良提供理論支撐。
相關(guān)研究結(jié)果已近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Protoplasma（《原生質(zhì)》）上。
文章鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00709-020-01599-6
圖1. 鐵皮石斛DoFLS1與其他植物FLS的系統(tǒng)進(jìn)化樹分析。
圖2. 擬南芥FLS突變體fls1-3表達(dá)鐵皮石斛DoFLS1植株中的黃酮與花青素含量。
