5种化学型樟树在医药、化工、香精香料等领域具有重要的价值,这与其含有丰富的萜类成分密切相关.经统计,在5种化学型樟树中已报道的萜类成分共有184种,包括单萜94种、倍半萜88种和二萜2种,这些萜类化合物中除了共有成分7种以外,特有成分油樟型樟树有18种、脑樟型樟树有7种、芳樟型樟树有27种、龙脑樟型樟树有41种以及异樟型樟树有25种.5种化学型樟树具有抗菌、抗炎、抗肿瘤和抗病毒等作用,因此备受人们的关注.本文对近30年5种化学型樟树中萜类成分及药理活性研究进行总结分析,并对其萜类化合物的药物开发进行讨论与展望,以期为不同化学型樟树的深入研究与开发提供参考.

马尾松(Pinus massoniana)是长江上游低山丘陵区退耕还林的一个主要造林树种.为了解林窗调控下,马尾松人工林更新优势种在化学计量特征水平上受边缘效应的影响,该文选取四川省宜宾市高县马尾松人工林人工砍伐形成的7种面积不等的林窗,以林下为对照,分析了人工更新优势植物油樟(Cinnamomum longepaniculatum)叶片化学计量特征及其季节动态.结果表明:马尾松人工林林下与不同面积林窗边缘相比,不同季节各林窗边缘油樟叶片碳(C)含量、碳氮比(C∶N)和碳磷比(C∶P)均显著高于林下.随着林窗面积增大,油樟叶片C含量、C∶N、C∶P和N∶P均先升后降,在中型林窗(400-900 m2)边缘出现最大值.从春季到冬季,油樟叶片N、P含量显著下降后上升,C∶N和C∶P显著上升后下降,均在夏季有拐点.夏秋季林窗边缘油樟对养分吸收利用优于春冬季,边缘效应更显著.主成分分析结果显示,马尾松人工林不同大小林窗边缘油樟化学计量特征主要受林窗面积、相对光强及月平均气温影响.研究结果表明:625 m2林窗边缘油樟有机质储存及养分利用效率在不同季节均有最大值,在化学计量特征水平上具有更显著的边缘效应.

以黄独微型块茎为材料,进行了4℃低温离体保存,并对其进行了转录组分析.结果表明:原始数据进行质量预处理后,对照组(Con25)和处理组(Con4)的reads有效比分别为98.67％和98.69％;对拼接序列去重复后最终得到了219 792个长度大于200bp的transcripts(177 Mb)和161066个Unigenes (99 Mb);Unigenes的NR注释数目最多的10个物种分别为出芽短梗霉EXF-150、葡萄、可可、水稻粳稻组、无油樟、谷子、出芽短梗霉变种nami-biae CBS 147.97、麻疯树、短至生黑醋杆菌CBS 110374和无花果拟盘多毛孢w106-1;样本注释基因最多的5个KOG是一般的功能预测、信号转导机制、翻译后修饰和蛋白质周转以及伴侣、翻译和核糖体结构和生物合成、能源生产和转换;样本KEGG注释Unigenes最多的5个pathway分别为碳代谢、氨基酸生物合成、糖酵解途径、淀粉蔗糖代谢和丙酮酸代谢.注释到的Unigenes个数为26006,注释到的不同酶数为1 177,映射到的不同pathway数为327;样本基因的功能在Biological Process分类中主要聚集于cellular process和metabiolic process,在Cellular Component分类中主要聚集于cell和cell part,在Molecular Function分类中主要聚集于binding和catalytic activity;在黄独微型块茎低温离体保存中,共获得164 145个差异表达基因,其中有63 305个基因表达上调,有100 840个基因表达下调;差异表达基因部分极其显著的GO term有液泡继承、单链断裂修复、纺锤体伸长、麦芽糖分解代谢过程、甘露糖基转移酶的活性、甘露糖磷酸转移酶活性、细胞壁甘露糖蛋白的生物合成过程、G1期细胞有丝分裂周期早期细胞芽和有丝分裂纺锤体定位的建立;差异表达基因部分极其显著的pathway有原发性胆汁酸的生物合成、类固醇激素的合成、氯代环己烷和氯苯降解、双酚A降解、氟苯甲酸降解、糖胺聚糖合成硫酸软骨素、糖胺聚糖合成硫酸乙酰肝素、甲苯降解、萘的降解和核黄素代谢.本实验结果可为黄独微型块茎的种质保存和后续萌发提供理论依据.

bHLH转录因子在植物的生长发育、胁迫应答和次生代谢中具有重要的调控作用.该研究通过PCR技术从银杏(Ginkgo biloba)叶中分离得到了一个bHLH基因的cDNA序列,并将其命名为GbbHLH91.序列分析结果显示扩增的GbbHLH91基因cDNA序列长度为1425 bp,开放阅读框是1065 bp,编码354个氨基酸,分子量为40.1 kDa,等电点为8.20.系统进化分析结果显示,从用于进化树构建的bHLH蛋白质聚类情况来看,银杏GbbHLH91蛋白与裸子植物油松(Pinus tabuliformis)bHLH蛋白亲缘关系最近,且与被子植物无油樟(Amborella trichopoda)bHLH蛋白相似性达到60%,表明该基因在进化过程中相对比较保守.实时荧光定量PCR分析发现银杏bHLH91基因在银杏的各个组织中均有表达,其中在银杏叶中表达量最高,在根和茎中基因的表达量次之,在银杏雌花和果中表达量较少,在雄花中的表达水平最低;GbbHLH91基因在不同发育时期的银杏叶片中,表达量也存在一定的差异,其中在4月中旬该基因的表达水平达到最高,而后随着叶片的生长发育,该基因的表达水平呈现下降趋势.该研究结果为进一步验证GbbHLH91基因的功能奠定了前期基础.

本研究目的是克隆香樟牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(geranyl-geranyl pyrophosphate synthetase,GGPPS)的cDNA序列,并进行生物信息学分析,为香樟萜类物质的生物合成及调控机制研究提供基础.根据香樟叶的转录组测序数据,设计特异性PCR引物,应用反转录RT-PCR方法,克隆获得香樟GGPPS基因,通过生物信息学对该基因蛋白的特征进行分析.结果显示,GGPPS基因包含全长1 152 bp的开放读码框(ORF),编码383个氨基酸,蛋白分子量为41.41 kD,等电点pI为5.84,是一个定位于叶绿体,不含跨膜结构域,不含信号肽的不稳定疏水蛋白.GGPPS氨基酸序列的主要二级结构为α-螺旋并含有一个类异戊二烯类化合物合酶的特征结构域.通过氨基酸序列的同源性分析发现,香樟的GGPPS氨基酸序列与苹果、陆地棉和紫苜蓿等植物的GGPPS氨基酸序列有较高的同源性.分子进化树分析结果表明,香樟树GGPPS蛋白与无油樟GGPPS蛋白的亲缘关系相对较近.本研究成功克隆、分析并表达了香樟GGPPS,为进一步研究香樟GGPPS基因的功能,萜类合成调控机制等奠定了分子基础.

目的:建立油樟标准提取物GC指纹图谱分析方法,为其质量评价提供依据.方法:采用气相色谱法.采用石英毛细管HP-5柱(30.0 m×0.32 mm× 0.25 μm);氢火焰离子化检测器;进样口温度195℃;检测器温度230℃;程序升温:初始温度70℃,保持14 min,以1.5℃·min-1的速率升温至85℃,保持6 min.使用该方法对35批油樟标准提取物进行指纹图谱测定,并以共有峰的相对峰面积值为参数,对35批油樟标准提取物进行相似度评价和聚类分析.结果:35批油樟标准提取物的GC指纹图谱有11个共有峰,相似度评价和聚类分析结果表明,35批油樟标准提取物虽来自于6个厂家,提取设备和人员操作可能存在差异,但其成分的比例和含量接近,品质相近.结论:该方法分析时间短,对油樟标准提取物中各成分的分离效率高,其精密度、重复性和稳定性均符合指纹图谱研究的技术要求(RSD＜3％),可作为油樟标准提取物质量评价的参考依据.

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)是萜类甲羟戊酸途径(mevalonic acid pathway,MVA)上的第一个限速酶,是细胞质中萜类代谢途径中的重要调控位点.本研究以5种化学型的香樟(Cinnamomum camphora)作为实验材料,基于转录组数据,从香樟cDNA中克隆出2个HMGR基因,分别命名为CcHMGR1 (GenBank登录号:MN163055)和CcHMGR2 (GenBank登录号:MN163056).基因包含开放阅读框(ORF)分别为1 689 bp和1 683 bp,编码562和560个氨基酸残基,生物信息学分析推测其分子质量为59.819 kDa和59.397 kDa,等电点(theoretical pI)为8.20和8.61,均不含信号肽,存在2个跨膜结构.结合蛋白质保守区以及进化树分析,证实该基因确为HMGR家族基因.利用实时荧光定量PCR检测,CcHMGR1和CcHMGR2在香樟5种化学型中的表达模式类似,均在油樟中的表达量要高于另外4种化学型;并且2个CcHMGRs基因均在根中表达量最高,枝中最低.本研究首次从香樟中克隆出了CcHMGRs cDNA全长,并揭示了CcHMGRs在5种化学型及不同组织中的差异表达,为香樟萜类化合物生物合成途径关键酶基因的挖掘提供研究基础.

甲羟戊酸-5-磷酸激酶(5-phosphomevalonate kinase,PMK)是甲羟戊酸(mevalonate,MVA)途径中的关键限速酶,其在ATP和二价金属离子的存在下能够可逆地催化甲羟戊酸-5-磷酸(mevalerate 5-phosphoric acid,MVAP)磷酸化从而形成甲羟戊酸-5-焦磷酸(mevalonate-5-pyrophosphate,MVAPP).该文以香樟Cinnamomum camphora作为研究材料,基于前期的转录组数据,从cDNA中克隆出PMK基因,命名为CcPMK(GenBank登录号MN163057).该基因开放阅读框(ORF)为1 545 bp,编码514个氨基酸,生物信息学分析推测其相对分子质量为56.14 kDa,等电点(theoretical pI)为7.64,不含信号肽,不存在跨膜结构.通过多序列比对及系统进化树分析,发现CcPMK与其他植物的PMK氨基酸序列相似性高达75％,其包含45％的α-螺旋和16％的β折叠,CcPMK具有3个PMK蛋白质家族的特征motif和1个ATP结合位点Gly-Leu-Gly-Ser-Ser-Ala-Ala,并且它的3级模型中含有1个催化反应的口袋状结构,证实其为PMK家族基因.系统进化树结果显示其与海枣等单子叶植物具有较近的亲缘关系.利用实时荧光定量PCR检测得出CcPMK在香樟5种化学型中的表达量不同,在龙脑樟中的表达量显著高于油樟、芳樟、脑樟和异樟,并且CcPMK基因在根中表达量最高,枝中最低.该研究首次从香樟中克隆出了CcPMK cDNA全长,并揭示了CcPMK在5种化学型及不同组织中的差异表达,为香樟萜类化合物生物合成途径关键酶基因的挖掘提供研究基础.

厚朴为著名的传统药用植物,归于木兰科、木兰属,于我国广泛种植,其树皮、根皮、枝皮、叶片、花、果实均能入药或食用.为获取厚朴全基因组序列信息,该文以厚朴叶片DNA为材料,采用Pacbio Sequel第三代测序技术构建厚朴全基因组数据库,并利用生物信息学方法对获得的核苷酸序列进行组装、功能注释以及进化分析研究.结果表明:(1)原始测序数据过滤后获得140.91 Gb三代数据,Read N50约为13784 bp,经过组装得到厚朴基因组大小为1.68 Gb,Contig N50约为222069 bp,单拷贝基因完整性为81.0％.(2)组装后的序列通过与NR、KOG、KEGG等功能数据库比对,共有98.40％的基因得到了功能注释,其中KOG功能注释结果发现厚朴的蛋白功能主要集中在一般功能预测、翻译后修饰、蛋白质转换、伴侣以及信号转导机制;GO功能分类表明厚朴的基因集中在细胞组分及生物学过程;KEGG分析发现厚朴参与代谢通路的基因占主要地位.(3)通过与葡萄、拟南芥、水稻、杨树、银杏、无油樟、茶树及牛樟基因组的比对分析,发现厚朴23424个基因中有20801个基因可以分类到12129个家族,其中有515个基因家族为厚朴所特有,而厚朴与牛樟(樟科)亲缘关系较近,两者的分化时间约在122.5百万年前(mya).该研究首次利用第三代测序技术对厚朴全基因组解析,有利于对其进一步进行深入的开发与利用,也为研究其他药用植物全基因组奠定了基础.

树木通过地上/地下凋落物输入及根系活动等过程影响土壤微生物生物量,对调节土壤环境和增加土壤肥力具有重要作用.为阐明四川盆地乡土树种对土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量的影响机制,该研究采用同质园研究方法,以亚热带7种常见树种天竺桂(Cinnamomum japonicum)油樟(C.longepaniculatum)、大叶樟(C.austrosinense)、桤木(Alnus cremastogyne)、香樟(C.camphora)、红椿(Toona ciliata)和香椿(T.sinensis)为研究对象,并以撂荒地作对照,分析了树种对不同土层MBC、MBN含量的影响.结果表明:树种显著影响土壤MBC、MBN含量及其比值.树种总体表现为正或无效应;与撂荒地相比,天竺桂树种效应最强,其0-10 cm土层MBC和MBN含量分别高于撂荒地108.2％和139.6％.7个树种和撂荒地土壤MBC、MBN含量总体随土层深度的增加而减少,而MBC:MBN剖面特征因树种而异.总体来看,树种效应大于剖面效应;相比于其他树种,天竺桂更有利于土壤微生物的生长与繁殖.