水稻苯丙烷代謝物時空分布及其自然變異的遺傳基礎(chǔ)研究.pdf

1、植物次生代謝產(chǎn)物在植物生長發(fā)育、生物與非生物脅迫應(yīng)答中發(fā)揮著重要的作用。類黃酮，作為一類苯丙氨酸代謝產(chǎn)生的多酚類化合物，在植物中生理過程中參與著重要的作用，如根的生長、花的傳粉、病原菌及紫外脅迫，同時作為一種很強的抗氧化劑，也被廣泛應(yīng)用于人體疾病治療與食品保健。酚胺，是精氨酸與苯丙氨酸代謝過程中產(chǎn)生的一大類多胺類次生代謝產(chǎn)物，影響著種子萌發(fā)、花粉育性、旱、冷、紫外與病原菌脅迫等重要的植物生理過程。水稻是人類最重要的糧食作物之一，探索不同

2、類型黃酮與酚胺類物質(zhì)在水稻中的積累模式對于解析水稻生長發(fā)育，逆境應(yīng)答及營養(yǎng)品質(zhì)等性狀有著重要的意義。
　　在模式植物擬南芥中類黃酮合成與積累的研究主要側(cè)重在花青素和黃酮醇。在單子葉模式植物水稻中，類黃酮物質(zhì)，尤其是黃酮及其修飾物的積累模式與自然變異的相關(guān)研究缺乏。利用水稻不同時期組織及自然變異群體的材料，通過基于LC-MS/MS的廣泛靶向代謝組學(xué)方法，我們注釋鑒定了水稻中91個類黃酮物質(zhì)，其中包括72個黃酮、9個黃烷酮、6個黃酮醇

3、和4個花青素物質(zhì)。分析這91個類黃酮物質(zhì)在水稻中的組織特異性與時空特異性的積累模式，我們發(fā)現(xiàn)水稻類黃酮在葉子中的含量最高，其次是莖稈、穗子與種子，而根中類黃酮物質(zhì)含量最低。通過比較類黃酮物質(zhì)在不同水稻亞種，粳稻與秈稻中的含量差異，我們發(fā)現(xiàn)了不同母核，不同糖基化，不同?；揎椀念慄S酮物質(zhì)在亞種間的存在顯著的差異。其中，碳糖糖基化的類黃酮、第5位氧糖基化及丙二?；念慄S酮在秈稻亞種中含量大多要高，在粳稻亞種中含量要低，而第7位氧糖基化的

4、類黃酮及某些羥基肉桂酰基化修飾的類黃酮則呈現(xiàn)相反的積累模式;水稻類黃酮生物合成的結(jié)構(gòu)基因已有所報道，我們下載了研究中使用的自然種質(zhì)材料的這些結(jié)構(gòu)基因單核苷酸多態(tài)性基因型數(shù)據(jù)，并進行結(jié)構(gòu)基因基因型與類黃酮物質(zhì)含量的直接關(guān)聯(lián)性分析，進一步揭示了類黃酮物質(zhì)自然變異的遺傳基礎(chǔ)，結(jié)果表明類黃酮物質(zhì)的自然變異可能與黃酮合成途徑結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)基因型的差異相關(guān)。
　　利用廣泛靶向及靶向代謝組的方法，我們鑒定了16個水稻酚胺物質(zhì)，包括胍丁胺，腐胺和

5、亞精胺一次或多次羥基肉桂酰酰基化的衍生物。分析不同?；揎椀姆影吩谒静煌M織、不同品種中的積累模式，結(jié)果表明酚胺的積累呈現(xiàn)非常特異性的組織積累及時空積累模式。與類黃酮的積累模式有很大差異的是，大多酚胺在根中含量非常高。此外，不同修飾的酚胺物質(zhì)含量在水稻亞種間存在巨大差異。其中，亞精胺類衍生物在粳稻中含量很高，在大多秈稻中幾乎檢測不到積累。芥子酰?；碾叶“泛透烦尸F(xiàn)類似的積累模式，而香豆酰?；揎椀碾叶“泛透烦尸F(xiàn)相反的積累模式