水稻BAHD?；D移酶的功能鑒定.pdf

1、植物代謝物種類繁多，目前已知就達到20-100萬種。代謝物在植物自身生長發(fā)育資源分配以及各種生物非生物脅迫起著重要功能。O-?；蚇-酰基化分別產(chǎn)生酯類和酰胺，是最主要的次生代謝物的修飾之一。BAHD?；D移酶是植物中所特有的，參與多種植物次生代謝物的合成和修飾，如類黃酮、生物堿、萜類、多胺、花青素和揮發(fā)性酯類的?；揎椀取?br>　　LC-MS（液相色譜-質譜聯(lián)用）是一種高效的檢測植物次生代謝物方法。本實驗室基于MIM-EPI（多

2、離子監(jiān)測模式-增強子離子掃描）和MRM（多反應監(jiān)測模式）建立了LC-MS代謝組學平臺，構建了水稻不同組織MS2T（二級質譜標簽）數(shù)據(jù)庫，利用標準品鑒定了近200種代謝物，發(fā)展了一種廣譜定向的代謝組學研究方法。該方法可以在較短的時間內(nèi)(30min)檢測800多種代謝物，同時實現(xiàn)定性與定量。
　　基于此LC-MS平臺，我們利用MH63和ZS97為親本的210個RILs（重組自交系）群體來研究水稻代謝組的遺傳調控。在抽穗期劍葉和發(fā)芽72

3、h的種子中共檢測了900多種代謝物，劍葉中定位了1884個mQTL（代謝數(shù)量性狀座位）位點，種子中定位了937個mQTL位點。通過分析代謝譜及mQTL的定位結果，揭示了兩個組織中代謝物不同的積累模式和遺傳調控模式，并利用MH63導入ZS97的大片段導入系(IL)群體在劍葉中初步驗證了mQTL的結果。在所選定的64個代謝物中，有50個mQTL的結果至少在兩個家系中得到了驗證。根據(jù)mQTL定位的結果，通過代謝物結構并結合生物信息學分析篩選到

4、了24個候選基因。對于其中一個控制黃酮?；腝TL位點，我們選取了2個BAHD?；D移酶作為候選基因，最終通過體內(nèi)轉基因的方法驗證了這個QTL位點，初步研究了Os02g28170（OsMaT2）和Os02g28340（OsMaT3）的功能。mQTL的研究為水稻代謝組學提供了大量高質量的數(shù)據(jù)和結果，深化了人們對水稻代謝組的遺傳基礎的理解，有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁。
　　為了進一步解析水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎，我

5、們利用529個水稻自然品種來研究水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎。在五葉期葉片中共檢測了840種代謝物并進行了mGWAS（代謝全基因組關聯(lián)分析）。通過自然品種代謝譜的分析，發(fā)現(xiàn)水稻代謝物在不同品種間及秈稻粳稻兩個亞種間存在巨大差異。通過物質解析，結合芯片數(shù)據(jù)、表達譜、基因共表達，誘導表達譜信息以及物質共積累網(wǎng)絡綜合分析我們篩選了36個候選基因。通過體內(nèi)轉基因和體外酶活的實驗共鑒定5個基因的功能，其中3個為BHD?；D移酶基因。

6、　　阿魏酰胍丁胺(N-feruloyl agmatine，F(xiàn)er-Agm)是通過胍丁胺(agmatine)阿魏酰?；纬傻囊环N酚胺，在mGWAS定位結果中，阿魏酰胍丁胺的含量和4號染色體上的SNP sf0433733272顯著相關聯(lián)(P=4.1×10-15)，在這個SNP下游10kb，有一個BAHD?；D移酶基因Os04g46910，提示這個基因可能參與阿魏酰胍丁胺的合成，通過體內(nèi)超表達基因轉化的方法和體外酶活實驗證明了Os04g46

7、910催化胍丁胺進行阿魏酰酰基化的功能。
　　阿魏酰腐胺(N-feruloyl putrescine，F(xiàn)er-Put)是通過腐胺（putrescine）阿魏酰酰基化形成的一種酚胺，阿魏酰胍丁胺的含量和9號染色體上的SNP sf0921455575顯著相關聯(lián)(P=6.3×10-22)，Os09g37200在這個SNP上游8kb，提示這個基因可能參與阿魏酰腐胺的合成。通過基因超表達轉化的方法和體外酶活實驗證明了Os09g37200具有

8、催化腐胺進行阿魏酰?；墓δ?。
　　此外，我們還驗證了一類未知代謝物mr1133定位的GWAS位點，通過轉基因的方法證明了Os11g42370參與mr1133的合成過程，認為mr1133是一類通過?；磻铣傻奈镔|酯類或者酰胺，因此，基因的功能對于鑒定未知物質有一定的幫助作用。我們還利用不同的自然群體對亞精胺類物質進行GWAS，香豆酰亞精胺(coumaroylspermidine，Cou-Spd)的含量與12號染色體SNPsf

9、1215974303顯著相關聯(lián)(P=6.9×10-98)，在上游4kb和下游21 kb分別找到2個BAHD?；D移酶基因Os12g27220和Os12g27254，進化分析發(fā)現(xiàn)這兩個基因參與亞精胺二芥子酰?；腁tSDT進化距離較近，并且通過轉基因的方法證明了Os12g27220和Os12g27254的功能。
　　mGWAS的研究成功表明水稻代謝組的遺傳和生化基礎研究，可以作為遺傳改良的有力的工具，從而實現(xiàn)作物品質的改良。