论文部分内容阅读
自然界超过12,000种植物二萜类化合物具有多样的生理学和生物学功能。其中,赤霉素(GAs)是一类存在于所有高等植物的激素,广泛参与生长发育过程。研究发现,GAs对拟南芥非分泌型腺毛的发育具有显著促进作用。然而,其对分泌型腺毛(glandular trichomes,GSTs)的作用未被揭示。青蒿素(Artemisinin,AN)用于治疗疟疾,由黄花蒿(Artemisia annua L.)特殊的十细胞GSTs特异合成,其含量与腺毛发育情况息息相关。因此,阐明GAs与黄花蒿GSTs发育的关系,对于提高GSTs发育数量和AN含量具有重要意义。另一方面,植物二萜具有广泛的抗逆活性。研究发现,单子叶植物玉米和水稻的二萜抗毒素,以及裸子植物松树的二萜树脂酸在抗逆中发挥重要作用,积极保障不良环境下的生物量积累。随着黄花蒿临床价值的深入挖掘,其市场需求不断攀升,而越来越复杂的生存环境对黄花蒿的生长带来巨大挑战。因此,阐明黄花蒿二萜潜在的抗逆活性对于其克服环境胁迫的挑战具有重要意义。本课题筛选获得10条黄花蒿二萜合酶(diterpene synthases,diTPSs),基于大肠杆菌合成生物学平台验证其催化活性阐明黄花蒿二萜的生物合成途径。通过RT-qPCR时空表达分析发现AaTPSd、AaTPSa1和AaTPS3具有相似表达特征,且受MeJA诱导,猜测其潜在参与抗逆活性物质的生物合成。本课题通过蛋白-蛋白互作(PPI)实验发现AaTPSd和AaTPSc都可与AaTPSa1于质体互作形成复合体。说明二聚体的形成依赖于蛋白结构,而非生化活性。据此,构建AaTPSd和AaTPSa1的融合表达、单基因表达和双基因表达转基因黄花蒿,通过腺毛发育状况、青蒿素含量及抗逆能力等分析,表明AaTPSd通过GAs调控腺毛发育的数量和密度,进而影响青蒿素生物合成。同时,AaTPSd和/或AaTPSa1过表达植株的抗逆能力显著提高,充分说明黄花蒿二萜具有抵御微生物胁迫的生物学功能。综上所述,本研究1)首次在双子叶植物黄花蒿中解析8,13-CPP的生物合成(仅在单子叶作物中发现过);2)首次在黄花蒿中阐明二萜生物合成途径;3)系统验证了class II和class I二萜合酶可于质体中形成二聚复合体;4)阐明二萜代谢对黄花蒿发育和抗逆具有重要生物学意义。