全 文 ：浙江农业学报 Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28(4):609 － 617 http:/ /www． zjnyxb． cn马婧，成铁龙，孙灿岳，等． 草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定［J］． 浙江农业学报，2016，28(4):609 － 617．DOI:10. 3969 / j． issn． 1004-1524. 2016. 04. 11收稿日期:2015-08-05基金项目:林木遗传育种国家重点实验室专项(CAFYBB2012040);国家自然科学基金资助项目(31270707)作者简介:马婧(1990—)，女，山东临沂人，硕士研究生，研究方向为抗逆分子生物学。E-mail:majing19900121@ sina． com* 通信作者，成铁龙，E-mail:ctielong@ 126． com草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定马 婧1，成铁龙1，2，* ，孙灿岳3，邓 楠1，史胜青1，江泽平1(1．中国林业科学研究院 林业研究所 /国家林业局林木培育重点实验室，北京 100091;2．南京林业大学 生物与环境学院，江苏 南京210037;3．南宁树木园，广西 南宁 530031)摘 要:草麻黄(Ephedra sinica Stapf)植物富含黄酮类和生物碱类化合物，具有重要药用价值，并且适应性强，在防风固沙、改善沙漠环境等方面具有重要作用。通过对已测序草麻黄转录组的原始数据进行重新组装、拼接等生物信息学分析，共得到 7 947 954 个 clean reads，13 389 条 unigene 序列。经过 Nr，KOGs，GO，KEGG 和Swiss-Prot等数据库分析后，获得 10 481 个 Nr注释，4 533 个 KOG功能注释，7 121 个 GO 功能注释，5 833 个KEGG注释，8 039 个 Swiss-Prot注释，并利用 KEGG通路分析技术发掘草麻黄中参与黄酮类化合物代谢途径相关基因，为克隆草麻黄黄酮合成关键基因、黄酮类化合物的生物合成提供重要的遗传资源，同时为其抗逆机制的研究和药用价值开发提供依据。关键词:草麻黄;转录组;高通量测序;黄酮类化合物中图分类号:S567. 239 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2016)04-0609-09Characterization of transcriptome reveals pathway of flavonoids in Ephedra sinica StapfMA Jing 1，CHENG Tie-long 1，2，* ，SUN Can-yue 3，DENG Nan 1，SHI Sheng-qing 1，JIANG Ze-ping 1(1． Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation，State Forestry Administration / Ｒesearch Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China;2． College of Biology and the Enviroment，Nanjing Forestry U-niversity，Nanjing 210037，China;3． Nanning Tree Garden，Nanning 530031，China)Abstract:Ephedra sinica Stapf is not only an important medicinal plant rich in flavonoids and alkaloids，but also animportant sand-fixing plant in the desert environment． In this study，the transcriptome of E． sinica from SＲA data-base in GenBank was further analyzed by bioinformatics method． 7 947 954 clean reads and 13 389 unigenes wereacquired after de novo assembly;10 481 annotations were acquired from Nr database，4 533 from KOG database，7121 from GO database，5 833 from KEGG database，8 039 from Swiss-Prot database after function annotation againstfive databases． We also discovered a series of unigenes which were associated with flavonoids biosynthesis by KEGGpathway analysis，which benefits the cloning of related genes and biosynthesis of related components in flavonoidspathway． This study could provide references for understanding the resistance mechanism of E． sinica and utilizationof its medicinal value in the future studies．Key words:Ephedra sinica Stapf;transcriptome;high-throughput sequencing;flavonoids草麻黄(Ephedra sinica Stapf)属于麻黄科(Ephedraceae)麻黄属(Ephedra)，是草本状灌木植物，属于超旱生、强旱生、旱生系列植物，根系发达，适应性强，四季常绿［1］。该属植物在防风固沙、增加植被覆盖等方面具有重要作用，是河西和西北荒漠地区的主要建群种［1］。麻黄属在我国有广泛的分布，现已报道的有 19 种［2］，包括5 个变种。在这 19 种麻黄植物中，草麻黄富含生物碱(主要为麻黄碱、伪麻黄碱)和黄酮类化合物［3 － 5］，具有重要的药用价值，是中国特有的中草药。其中黄酮类化合物是植物在长期的生态适应过程中为抵御恶劣生态条件形成的一大类次生代谢产物，参与植物生态防御［6］，它广泛存在于高等植物及羊齿植物的根、茎、叶、花、果实等［7］，数量种类繁多、结构类型复杂多样［8］。该类化合物具有抑制酶活性、抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒、抗炎症、抗过敏、抗糖尿病并发症等功能，且无毒无害，对治疗和预防肿瘤、衰老、心血管病等退变性疾病有重要意义［8 － 9］。中国是全球天然麻黄的主要产地，内蒙古、山西大部分地区均有较丰富的野生草麻黄资源［10］。近年来，人们由于经济利益的驱使对草麻黄进行了掠夺式的开发，导致麻黄资源日益匮乏。因此利用生物技术提高麻黄品质、开发新的麻黄资源成为今后麻黄生产利用的发展方向。目前药用植物黄酮类化合物的研究主要集中在提取工艺、成分分析及药理活性方面［11］，同时分子生物学也开始涉及药用植物的研究。药用植物黄酮类化合物代谢合成途径中的相关功能基因的研究主要集中在 CHS(查耳酮合成酶)基因［12 － 13］、CHI(查耳酮异构酶)基因［14 － 16］、IFS(异黄酮合成酶)基因［17］等。随着高通量测序技术的出现，Groves等［18］利用 ＲNA-seq技术在转录组水平对草麻黄的麻黄生物碱(麻黄碱和假麻黄碱)合成途径进行了发掘，初步发现了合成相关化合物的关键基因和通路;然而，并未见其对黄酮类合成代谢途径的报道。在邓楠等［19］对中麻黄黄酮类代谢途径的转录组水平初步鉴定的基础上，为更好地了解麻黄属植物中黄酮类代谢途径，本研究以草麻黄为研究对象，利用 NCBI中已有的转录组原始数据，重新进行组装、拼接，获得草麻黄的重组装转录组数据，并初步发掘了黄酮类化合物代谢途径相关基因，为草麻黄中该途径关键合成基因的克隆、其遗传改良及药用价值的研究开发奠定基础。1 材料与方法1． 1 转录组原始数据来源草麻黄转录组原始测序数据来自 NCBI 的SＲA数据库，测序材料为草麻黄嫩梢(shoot)，平台为 Illumina Genome Analyzer II 双端测序，编号为 EＲＲ364402，大小为 1. 5 G。1． 2 数据的拼接和组装首先将下载的 raw reads进行过滤，去除带接头的 reads，去除 N(N表示无法确定碱基信息)的比例大于 10%的 reads，去除低质量 reads(质量值Qphred≤5 的碱基数占总 reads 的 50%以上)，获得 clean reads。再用 Trinity［20］对 clean reads进行拼接，将 Trinity 拼接得到的转录本序列 tran-script，作为后续分析的参考序列，鉴于 Trinity 拼接的算法和原理，取每条基因中最长的转录本作为 unigene，以此进行后续的分析。1． 3 基因功能注释为获得全面的基因功能信息，用 Blast 软件将所获得的 unigene序列分别与 Nr(非冗余蛋白数据库)、KOG(clusters of orthologous groups ofproteins)和 Swiss-prot比对(evalue ＜ 0. 000 1)，进行功能注释和分类处理。再对 unigene 进行 GO(gene ontology)功能注释和分类，并用 WEGO 软件对 GO 注释结果分类作图，然后将 unigene 与KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)数据库进行比对，分析相关的代谢通路。2 结果与分析2． 1 草麻黄测序数据质量草麻黄转录组测序统计共得到 11 654 056raw reads，7 947 954 clean reads。本次组装的 Q20值为 84. 72%，Q30 值为 58. 41%，序列碱基 GC含量为 48. 40%，碱基错误率为 0. 31%，说明草麻黄转录组测序质量相对较好，测序数据准确度较高，能够满足后续分析研究的要求。·016· 浙江农业学报 第 28 卷 第 4 期2． 2 草麻黄转录本组装情况从图 1 可以看出:transcript 和 unigene 长度分布结果一致，长度在 200 ～ 500 bp 的序列数量最多，分 别 为 10 357 (70. 88%)和 9 720(72. 60%);长度大于 2 000 bp的数量最少，分别为 64(0. 44%)和 55(0. 41%)。transcript 和 uni-gene长度的平均值分别为 465 和 453 bp，N50 /N90 分别为 553 bp /238 bp 和 525 bp /235 bp(表1)。N50 /N90 值越大，反映组装得到的长片段越多，组装效果越好。以上结果表明，组装的结果较好，可以用于后续分析和信息挖掘工作。2． 3 基因功能注释结果2． 3. 1 注释结果统计将草麻黄全部 13 389 条 unigene序列分别与7 个数据库进行比对，包括 NＲ(NCBI官方蛋白序列数据库，包括了 GenBank 基因的蛋白编码序列)，NT(NCBI 官方核酸序列数据库，包括了GenBank，EMBL和 DDBJ 的核酸序列，但不包括EST，STS，GSS，WGS，TSA，PAT，HTG序列)，KO图 1 草麻黄转录组 unigene 和 transcipt 数据长度分布图Fig． 1 Unigene and transcipt data length distribution fortranscriptome of Ephedra sinica Stapf表 1 草麻黄转录组的 unigene和 transcript数据组装质量统计Table 1 Data assembly for unigene and transcript in tran-scriptome of Ephedra sinica Stapf数据 最大值 平均值 中间值 N50 N90 总核苷酸Transcript长度 /bp 3224 465 336 553 238 6792993Unigene长度 /bp 3224 453 327 525 235 6060116注:N50 /N90 为将拼接转录本按照长度从长到短排序，累加转录本的长度，到不小于总长 50% /90%的拼接转录本的长度。(系统分析基因产物和化合物在细胞中的代谢途径以及这些基因产物功能的数据库)，GO(国际标准化的基因功能描述的分类系统)，Swiss-Prot(搜集了经过有经验的生物学家整理及研究的蛋白序列)，PFAM(最全面的蛋白结构域注释的分类系统)和 KOG(NCBI的基于基因直系同源关系的真核生物蛋白数据库)。由表 2 可知:在 NＲ蛋白序列数据库获得注释的 unigene 数量为 10 481条，是获得注释最多的数据库，占全部注释序列的 78. 28%。值 得 注 意 的 是，有 1 240 条(9. 26%)unigene 序列在 7 个数据库都获得注释，至少在一个数据库注释成功的 unigene 数量为 10 954 条(81%)，表明本次注释的结果较好，注释的成功率较高。将草麻黄序列与其他物种进行相似性比较，相似性最高的为松科的北美云杉［Picea sitchensis (Bong．)Carr．］(38. 1%) ，其次为原始被子植物无油樟(Amborella trichopodaBaill．)(6. 5%)和海枣(Phoenix dactylifera L．)(2. 9%)等(图 2)。这也说明在进化上麻黄属与裸子植物云杉属亲缘关系更近些，而与被子植物亲缘关系则较远。2． 3. 2 草麻黄转录组 GO分类结果GO是一套国际标准化的基因功能描述的分类系统。GO分为 3 大类，分别为 B 生物过程表 2 Unigene注释结果统计Table 2 Annotation for unigene of Ephedra sinica Stapf蛋白数据库 获得注释的 unigene总数 百分比 /%NＲ 10481 78. 28NT 2653 19. 81KO 5131 38. 32SwissProt 8039 60. 04PFAM 6901 51. 54GO 7121 53. 18KOG 4533 33. 85图 2 Nr数据库比对上的物种分布图Fig． 2 Species distribution of Nr database·116·马婧，等． 草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定(biological process)，M 分子功能(molecular func-tion)和 C 细胞组分(cellular component)，分别用来描述基因编码的产物所参与的生物过程、所具有的分子功能及所处的细胞环境。经过 GO数据库分析后获得 33 540 个注释结果，其中生物过程15 527 个，细胞组分 9 703 个，分子功能 8 268个。图 3 为草麻黄嫩梢基因表达的总体情况，其中获得注释最多的为生物过程部分，而生物过程部分获得注释最多的为 B1(代谢过程)3 952 个，占生物过程总数的 25. 45%。值得注意的是，黄酮类化合物代谢途径正是 B1(代谢过程)的一部分。关于黄酮类化合物代谢途径所属的次生代谢物代谢所占的比例则需要进一步的 KOG 功能分类。同时，在 B7(刺激响应)和 B9(信号传导)也获得了较多的 GO注释 unigene，它们可能直接参与草麻黄的胁迫响应过程，为研究草麻黄抗逆机制、提高草麻黄抗性奠定基础。2． 3. 3 草麻黄转录组 KOG功能注释KOG(eukaryotic ortholog groups)注释系统针对真核生物的基因产物进行直系同源分类的数据库，目前共有 4 852 个分类。将 13 389 条 uni-gene序列进行 KOG 数据库分析后获得 5 090 个注释结果，包括 4 个功能分类(图 4)。其中 O 类(蛋白质转译后修饰、蛋白转换、分子伴侣)获得761 个注释结果，是获得注释最多的部分。黄酮类代谢途径所属的 Q 类(次生代谢产物生物合成、运输和分解代谢)共获得了 208 个注释。而黄酮类化合物又包括黄酮、黄酮醇、黄烷酮、黄烷酮醇、异黄酮、异黄烷酮、查耳酮等。草麻黄转录组中涉及的具体次生代谢通路还需要进一步的B:生物过程 M:分子功能 C:细胞组成B1 代谢过程 B16 生物附着 M1 结合 C1 细胞B2 细胞过程 B17 繁殖过程 M2 催化活性 C2 细胞组分B3 单一生物过程 B18 繁殖 M3 载体活性 C3 细胞器B4 生物调节 B19 免疫系统过程 M4 结构分子活性 C4 高分子配合物B5 定位 B20 生长 M5 核酸结合转录因子的活性 C5 膜B6 生物过程调控 B21 细胞杀伤 M6 分子转导活性 C6 膜组分B7 刺激响应 B22 生物相 M7 酶调节活性 C7 细胞器组分B8 细胞组分组织或生物合成 B23 节律性过程 M8 蛋白结合转录因子的活动 C8 膜蛋白B9 信号传递 M9 受体活性 C9 胞外区B10 多生物过程 M10 抗氧化活性 C10 病毒B11 涉及多细胞有机体的过程 M11 通道调节活性 C11 胞外区组分B12 发育过程 M12 受体调节活性 C12 细胞外基质B13 生物过程正调控 M13 鸟嘌呤核苷酸交换因子活性 C13 细胞外基质组分B14 生物过程负调控 M14 金属伴侣蛋白活性 C14 突触B15 移动 C15 突触组分图 3 草麻黄转录组的 unigene GO功能分类Fig． 3 GO function classification of unigene in transcriptome of Ephedra sinica Stapf·216· 浙江农业学报 第 28 卷 第 4 期A ＲNA加工和修改 M 细胞壁 /膜 /包膜生物合成B 染色体结构及动力系统 O 蛋白质转译后修饰、蛋白转换、分子伴侣C 能量生产和转换 P 无机离子运输和代谢D 细胞周期控制、细胞分裂、染色体分区Q 次生代谢产物生物合成、运输和分解代谢E 氨基酸运输和代谢 Ｒ 一般功能预测F 核苷酸运输和代谢 S 未知功能G 碳水化合物运输和代谢 T 信号传导机制H 辅酶运输和代谢 U 细胞内运输、分泌和膜泡运输I 脂类运输和代谢 V 防御机制J 翻译、核糖体结构和生物转化 W 细胞外结构K 转录 Y 核结构L 复制、重组和修复 Z 细胞骨架图 4 草麻黄转录组的 unigene KOG功能分类Fig． 4 KOG function classification of unigene in transcrip-tome of Ephedra sinica StapfKEGG代谢通路分析。同时在 T 类(信号传导机制)和 V类(防御机制)分别获得了 354 和 53 个注释，这些注释到的相关基因可能参与草麻黄的次生代谢物代谢和胁迫响应过程，为改良麻黄品质、提高麻黄抗性提供资源。2． 3. 4 草麻黄转录组 KEGG分类KEGG数据库涉及系统信息、基因组信息和化学信息，是系统分析基因产物在细胞中的代谢途径以及基因产物功能的数据库。利用 KEGG数据库可以进一步研究基因在生物学上的复杂行为，有助于进一步研究特定基因的生物功能。将草麻黄转录组 unigene序列与 KEGG 数据库进行比对，共获得 5 833 个注释结果，涉及代谢通路可分为 5 大类:细胞过程(cellular processes)(659个，11. 30%) ，环境信息处理(environmental infor-mation processing)(465 个，7. 97%) ，遗传信息处理(genetic information processing)(1 235 个，21. 17%) ，代 谢 (metabolism )(2 586 个，44. 33%) ，生物系统(organismal systems)(888个，15. 23%) (图 5)。其中，获得注释最多的为代谢部分的碳水化合物代谢，获得 562 个注释，最少的为环境信息处理的信号分子和相互作用，为 5 个注释。在全部 5 833 个注释结果中，涉及次生代谢物代谢的 unigene 共 288 个，其中黄酮类化合物代谢相关基因共 70 个，包括类黄酮代谢相关基因 56 个，异黄酮代谢相关基因 1 个，黄酮和黄酮醇代谢相关基因 13 个(表 3)。这说明本研究从草麻黄转录组中发掘到了较丰富的次生代谢相关基因，其中黄酮类不仅具有重要的药用价值，还可能参与草麻黄的胁迫响应。这些unigene序列为今后草麻黄的次生代谢遗传工程研究提供了遗传资源，也展现出了高通量测序技术鉴定代谢途径相关基因的实用性。2． 4 草麻黄转录组中黄酮类化合物代谢相关基因发掘植物在长期的进化过程中与其生存环境相互作用，并根据初生生长的需要产生各种类型的次生代谢物［21］，在这些次生代谢物中，黄酮类化合物是植物在生态适应过程中为抵御恶劣生态条件而形成的，并参与植物生态防御、担当生殖过程的信使［22］。黄酮类化合物种类繁多，主要分为黄酮醇(flavonols)、黄酮(flavones)、异黄酮(isoflavones)和花色素苷(anthocyanins)等［23］，并且，这些化合物在细胞内的合成过程发生在不同位置［24］。从 KEGG 分析可以看出，共获得黄酮类化合物代谢相关基因 70 个，表 3 列出了获得的代谢通路相关的 unigene 和注释信息，注释基因较多的为类黄酮代谢通路，代谢通路中注释的关键基因的位置和数量如图 6 所示。草麻黄黄酮类化合物合成的前体是简单酚类，其中 PAL催化 L-苯丙氨酸形成反式肉桂酸，从而提供了初生代谢和苯丙烷代谢途径之间的代谢联系。查尔酮合成酶(CHS)是接下来过程的第一个关键酶，将苯丙烷代谢途径引向黄酮类化合物的合成。CHS是苯丙烷系代谢途径中含量最丰富的酶之一，但该酶的催化效率较低，其转录受到高浓度肉桂酸的抑制及高浓度香豆酸的促进［25］。接下来步骤中的关键酶是查尔酮异构化酶(CHI)，催化查尔酮合成柚皮素、二氢黄酮、无花色素等代谢物。黄酮醇合成酶(FLS)是黄酮醇合·316·马婧，等． 草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定G遗传信息处理 C细胞过程 B生物系统 E环境信息处理 M代谢G1 翻译 C1 运输和代谢 B1 内分泌系统B7 排泄系统 E1 信号转导 M1 碳水化合物代谢M7 其他氨基酸的代谢G2 折叠，分类和降解C2 细胞生长和死亡B2 神经系统B8 发育 E2 膜转运 M2 能量代谢 M8 核苷酸代谢G3 转录 C3 细胞共同体 B3 环境的适应B9 感官系统 E3 信号分子和相互作用M3 氨基酸代谢M9 萜类和酮类化合物的代谢G4 复制和修复C4 细胞运动 B4 免疫系统M4 脂质代谢M10 外来物质的降解和代谢B5 消化系统M5 辅酶因子和维生素代谢M11 多糖的生物合成与代谢B6 循环系统M6 其他次生代谢产物的生物合成图 5 草麻黄转录组的 unigene KEGG代谢途径分类Fig． 5 KEGG classification of unigene in transcriptome of Ephedra sinica Stapf表 3 草麻黄转录组黄酮类化合物合成途径中的相关基因Table 3 Flavonoid biosynthesis related gene in transcriptome of Ephedra sinica StapfKO编号 基因名称(英) 基因名称(中) 简写 unigene序列编号黄酮和黄酮醇代谢通路 ID:ko00944K05279 Flavonol 3-O-methyltransferase 黄酮醇 3’-O-甲基转移酶 AtOMT1 c10359_g1 /c14996_g1 /c14842_g1 /K13083 flavonoid 3＇，5＇-hydroxylase 类黄酮 3’，5’-羟化酶 F3’5’H c15359_g1 /c10385_g1 /c14503_g1 /c12500_g1 / c14398_g1 / c12713_g1 /K05280 flavonoid 3＇-monooxygenase 类黄酮 3’-单加氧酶 F3’M c13173_g1 /c7848_g1 /c12719_g1 /c5787_g1 /类黄酮代谢通路 ID:ko00941K13065 Shikimate O-hydroxycinnamoyltransferase 莽草 /荃宁酸酯转移酶 HCT c7180_g1 /c8816_g1 /c10714_g1 /c15475_g1 /c8271_g1 /c8791_g1 /c5331_g1 /c2415_g1 / c11452_g1 /K08695 anthocyanidin reductase 花青素还原酶 ANＲ c10675_g1 /c4165_g1 /c13516_g1 /c15063_g1 / c14552_g1 /K13083 flavonoid 3＇，5＇-hydroxylase 类黄酮 3’，5’-羟化酶 F3’5’H c15359_g1 /c10385_g1 /c14503_g1 /c12500_g1 / c14398_g1 / c12713_g1 /K13082 Bifunctional dihydroflavonol 4-reductase /flavanone 4-reductase二氢黄酮醇 4-还原酶 /黄酮 4-还原酶DFＲ c8210_g1 /c11065_g1 /c13223_g1 /c13781_g1 /c11906_g1 /c2285_g1 /c13195_g1 /c9960_g1 / c8567_g1 /K13081 leucoanthocyanidin reductase 无色花青素还原酶 LAＲ c9454_g1 / c8813_g1 /·416· 浙江农业学报 第 28 卷 第 4 期续表 3KO编号 基因名称(英) 基因名称(中) 简写 unigene序列编号K01859 chalcone isomerase 查尔酮异构化酶 CHI c5492_g1 /K00475 naringenin 3-dioxygenase 黄碱酮 3’-二加氧酶 N3D c1850_g1 /c94_g1 /c11438_g1 /K05277 leucoanthocyanidin dioxygenase 无色花色素双加氧酶 LDOX c12902_g1 /c10253_g1 /c3097_g1 /c7165_g1 /K00660 chalcone synthase 查尔酮合酶 CHS c11879_g1 / c9963_g1 /K09754 coumaroylquinate 3＇-monooxygenase 香豆小叶 3’-单加氧酶 C3＇H c590_g1 /c11298_g1 / c1580_g1 /K00588 caffeoyl-CoA O-methyltransferase 咖啡酰辅酶 A-O-甲基转移酶 CCoAOMT c11933_g1 / c10464_g1 /K05278 flavonol synthase 黄酮醇合成酶 FLS c11493_g1 /K00487 trans-cinnamate 4-monooxygenase 肉桂酸-4-羟化酶 C4H c3711_g1 /c5971_g1 /c7717_g1 /c11687_g1 / c12858_g1 /K05280 flavonoid 3＇-monooxygenase 类黄酮 3’-单加氧酶 F3’M c13173_g1 /c7848_g1 /c12719_g1 /c5787_g1 /异黄酮代谢通路 ID:ko00943K13263 isoflavone 7-O-glucosyltransferase 大豆异黄酮 7-O-葡萄糖基转移酶 IF7GT c11536_g1 /图 6 草麻黄黄酮代谢通路Fig． 6 Flavonoids metabolic pathway of Ephedra sinica Stapf成代谢支路的关键酶，由此可合成槲皮素、杨梅素等具有药用价值的代谢物。本次草麻黄转录组鉴定阐明了草麻黄黄酮类化合物的生物合成途径并鉴定了关键酶的基因，为进一步研究次生代谢调控奠定了基础。这些基因的发现为进一步克隆其全长、研究其功能提供了基础数据，同时也为草麻黄黄酮类化合物的生物合成研究奠定了基础。本研究为应用生物技术方法获取草麻黄有效成分或其中间体提供了一定的科学依据。3 讨论草麻黄作为麻黄属中重要的药用植物、牧草品种和荒漠建群物种，其分子遗传方面的研究还处于空白状态，严重影响草麻黄的研究和利用。为了弥补这一空白，充分利用数据库中的数据资源，本研究对 NCBI 中 SＲA 数据库中的草麻黄转录组测序原始数据经组装以及注释，获得了 13389 条 unigene序列，平均长度为 453 bp，对比麻黄属中其他物种的转录组组装结果，如中麻黄(E． intermedin)转录组的 unigene 平均长度为482 bp，N50 为 612 bp［19］，膜果麻黄(E． przewal-skii)转录组的 unigene平均长度为 517 bp，N50 为663 bp［26］。说明了本次数据组装的效果较好，获得了大量的遗传信息，为草麻黄这类基因组图谱·516·马婧，等． 草麻黄高通量转录组分析及黄酮类代谢途径相关基因的鉴定尚未完成且遗传数据信息相对匮乏的非模式物种提供了良好的研究基础。本研究对草麻黄转录组的鉴定，除了获得了CHS(查耳酮合成酶)基因、CHI(查耳酮异构酶)基因、IFS(异黄酮合成酶)基因、F3H(黄烷酮 3羟化酶)基因、FLS(黄酮醇合成酶)基因、DFＲ(二氢黄酮醇还原酶)基因等研究较多且在黄酮类代谢途径中具有关键作用的基因以外，还获得了其他重要的基因，如肉桂酸合成关键基因PAL、槲皮素合成关键基因 F3’5’H、黄酮合成关键基因 FNS等。并且与中麻黄种子萌发期间黄酮类化合物合成途径相关基因相比［19］，中麻黄种子萌发期间黄酮类合成涉及的基因家族在本次草麻黄注释中均获得，但注释的基因数量不同。IF7G(isoflavone 7-O-glucosyltransferase，异黄酮 7-O-葡糖基转移酶)和 FMT(flavonol 3-O-meth-yltransferase，黄酮醇 3-O-甲基转移酶)仅在草麻黄转录组中有注释，而在中麻黄中并没有注释，其原因可能是组织特异性引起的，也可能是这 2个基因具有种间特异性，这还需后续研究进一步鉴定。其中，IF7G是异黄酮代谢过程所特有的基因，异黄酮对人体有重要的作用，不仅具有抗氧化和抗肿瘤活性，还能预防心血管疾病和骨质疏松症［27 － 29］。但异黄酮在植物体内含量较低，目前的研究发现，天然的大部分异黄酮仅分布于豆类中，还远远不能满足人类的需求，通过化学手段合成异黄酮工艺较复杂、成本高，因此通过基因和代谢工程手段提高植物异黄酮的含量具有诱人的前景。虽然目前异黄酮合酶已经在非豆科植物中转化成功，但是转基因植株累积的异黄酮含量仅为普通大豆的 20% ～ 40%［30］。本研究中草麻黄 IF7G 基因的获得为 IF7G 基因的克隆及异黄酮的代谢遗传工程研究提供了重要的基因资源。黄酮类化合物等植物次生代谢机制一直是十分活跃的前沿研究领域，这也是目前了解的最为清楚的植物次生代谢产物合成途径。植物药以其天然低毒的特点倍受青睐，而黄酮类化合物更是以其药理作用引人瞩目，开发利用植物的天然黄酮化合物已经成为目前的研究热点。另外，黄酮类化合物是植物在长期的生态适应过程中抵御外界恶劣生态条件、动物、微生物的攻击而产生的次级代谢产物，参与植物生态防御，提高植物在某些逆境胁迫中的抗性。草麻黄作为生长在干旱、盐碱地等极端条件下的植物，具有非常强的抗旱、耐盐碱、抗病等能力，具有较高的研究价值。本研究获得的草麻黄黄酮类等其他次生代谢物的相关基因，为克隆草麻黄中的黄酮合成关键基因提供了基础，为更好地研究其抗逆机制和药用价值以及开发提供了宝贵的遗传资源。参考文献:［1］ 孔红，陈荃，马骥． 麻黄属 2 种植物的核型研究［J］． 兰州大学学报(自然科学版)，2001，37(3) :100 － 103．［2］ 沈观冕． 中国麻黄属的地理分布与演化［J］． 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