植物特殊结构中的次生代谢产物及其生物功能研究
骆世洪1; 刘燕1; 华娟1; 景树溪1; 李春环1; 唐婷1; 黄春帅1; 黎胜红1
2017
发表期刊中国第八届植物化感作用学术研讨会论文摘要集
页码2
摘要植物次生代谢产物是植物为了适应环境和抵御各种生物胁迫而产生的具有不同重要生物功能的化学物质,它们在植物体内不是均一分布,而是在某些特殊结构中高度富集。在长期协同进化过程中,植物形成了各种各样的特殊结构,如:腺毛、乳汁器、分泌囊等,在植物快速响应各种胁迫中发挥重要作用,同时也是发现天然药物的重要源泉。然而由于结构微小,难以准确收集,迄今为止,大多数植物特殊结构的次生代谢产物及其生物功能未得到系统研究。腺毛(glandular trichomes,简称GTs)是广泛分布于陆地植物地上部分表面的特殊结构,也是合成和贮存各种类型次生代谢产物的重要场所(被誉为"细胞化学工厂")。本课题组建立了激光显微切割-超低温核磁共振-超高压液相色谱/质谱联用(LMD-cryo NMR-UPLC/MS/MS)的超微量和高精确度单细胞水平植物化学研究新技术和方法。从唇形科植物米团花(Leucosceptrum canum)和火把花(Colquhounia coccinea var.mollis)的腺毛中发现两类具有重要防御功能的新奇骨架的二倍半萜类化合物(命名为米团花烷和火把花烷)。从白毛火把花(C.vestita)的盾状腺毛中发现2个半日花烷型二萜Communic acid和Polyalthic acid以及1个克罗烷型二萜Strigillanoic acid。经Polyalthic acid处理的拟南芥,在紫外辐射和低温胁迫后能快速恢复生长,生物量显著大于对照组,且MDA含量明显低于对照组,表明Polyalthic acid能够减轻紫外辐射和低温胁迫对拟南芥细胞膜的伤害。在紫外辐射下,Polyalthic acid可以提高拟南芥的光合效率,诱导过氧化酶基因的表达;在低温胁迫下,Polyalthic acid能诱导CAMTA3基因(编码钙调素蛋白)的表达,刺激细胞钙离子浓度增加,从而启动低温响应基因RD29A和CBF3的表达,最终提高植物防御紫外辐射和低温胁迫的能力(待发表)。从金江火把花(C.compta)的盾状腺毛中发现2个呋喃型克罗烷二萜化合物,对棉铃虫和甜菜夜蛾均具有明显拒食活性(EC50=1.66–14.68mg/cm~2;待发表)。从藤状火把花(C.seguinii)的盾状腺毛中发现了3个新的α,β-不饱和γ-内酯型克罗烷二萜化合物Seguiniilactones A-C,均对甜菜夜蛾显示出较强的拒食活性,其中Seguiniilactone A的拒食活性(EC50=0.22μg/cm~2)比商业化的印楝油(含1%印楝素)强17倍(J.Integr.Plant Biol.,2014,56,928-940)。最近,课题组从米团花腺毛中成功克隆和功能鉴定了植物二倍半萜生物合成途径的关键酶基因——香叶基法尼基焦磷酸酯合成酶(GFDPS),能特异性地催化二倍半萜直链前体GFDP的生成,并发现植物二倍半萜的生源途径是定位于质体中的MEP途径。此外发现防御激素茉莉酸甲酯能够诱导米团花GFDPS基因的表达和二倍半萜的积累,同时提高植物的抗虫防御功能,从分子水平证实了二倍半萜的防御功能。进化分析发现植物GFDPS可能起源于正选择(环境胁迫)下香叶基香叶基焦磷酸酯(GGDP,二萜直链前体)合成酶的复制和新功能化(Plant Cell,2016,28:804-822,Cover Article)。植物乳汁(Latex)是自植物乳汁器中产生的一种粘性汁液。被子植物中约有40余科20000余种能分泌乳汁,其中在我国约有30科的植物含有乳汁。大戟属(Euphorbia)是乳汁植物最多的一个属,全世界约有2000余种,生长范围极广。大狼毒(E.jolkinii)全株均能分泌白色有毒乳汁,牲畜从不取食,再加上其根系发达,在草原上疯狂生长,导致草场严重退化,对当地的农业、畜牧业造成了巨大的危害,因此大狼毒亦被称为"草原杀手"。本课题组从大狼毒乳汁中分离和鉴定三萜化合物9个,非蛋白氨基酸类化合物4个,以及糖苷类化合物4个,其中新化合物1个。高效液相色谱分析发现大狼毒乳汁中的主要次生代谢产物为非蛋白氨基酸类化合物——间羟基酪氨酸。定量分析发现,该化合物在植株各部位的含量与乳汁分泌量呈正相关,推测该化合物是在乳汁中合成。生物活性测试显示,间羟基酪氨酸对水稻根的生长具有明显抑制作用,对主根根长和生物量的抑制中浓度分别为27.13和32.68?g/m L,但对其地上部分作用不明显;对玉米、油菜和苜蓿的生长抑制中浓度在5.06-80.88?g/m L之间。之后对大狼毒根际土壤进行了定性定量分析,未检测到间羟基酪氨酸,但发现多个类似物,推测间羟基酪氨酸为大狼毒植物的化感活性物质,有助于该植物在环境中防御邻近其它竞争性植物(待发表)。从南欧大戟(E.peplus)乳汁中发现链状三萜化合物1个,以及二萜化合物12个,结构类型为假白榄烷、巨大戟烷和pepluane型,其中新化合物2个。生物活性测试发现,二萜化合物均显示较强的植食性昆虫拒食活性,部分二萜还显示出较强的秀丽隐杆线虫毒杀活性,而链状三萜具有一定植物病原真菌生长抑制活性,表明南欧大戟乳汁中的次生代谢产物为该植物提供了防御植食性昆虫、线虫和植物病原真菌的功能(Phytochemistry,2017,136:56-64)。从泽漆(E.helioscopia)乳汁中分离鉴定了1个续随子烷和4个假白榄烷二萜,包括1个新化合物。其中含量较高的续随子烷二萜具有秀丽隐杆线虫毒杀活性和体外抗炎活性,表明这些化合物在植物体内可能起到防御线虫的作用(Nat.Prod.Commun.,2015,10:2037-2039)。
关键词特殊结构 二倍半萜 化合物 生物功能 次生代谢产物
语种中文
文献类型期刊论文
条目标识符http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/61542
专题植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室
作者单位1.中国科学院昆明植物研究所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室
2.沈阳农业大学生物科学技术学院
第一作者单位中国科学院昆明植物研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
骆世洪,刘燕,华娟,等. 植物特殊结构中的次生代谢产物及其生物功能研究[J]. 中国第八届植物化感作用学术研讨会论文摘要集,2017:2.
APA 骆世洪.,刘燕.,华娟.,景树溪.,李春环.,...&黎胜红.(2017).植物特殊结构中的次生代谢产物及其生物功能研究.中国第八届植物化感作用学术研讨会论文摘要集,2.
MLA 骆世洪,et al."植物特殊结构中的次生代谢产物及其生物功能研究".中国第八届植物化感作用学术研讨会论文摘要集 (2017):2.
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