稻米酚类化合物的鉴定、分布、遗传与相关基因的表达研究

【摘要】稻米中含有的酚酸和类黄酮等多酚类化合物具有很强的抗氧化活性,能预防心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、癌症、肥胖症等疾病的发生。本研究围绕稻米多酚类化合物展开,分离并鉴定了相关的酚酸和花青素及其在不同稻米品种中的积累规律、分布情况、遗传及相关基因的表达情况。主要研究结果如下：1、利用HPLC-QTOF-MS/MS技术检测到稻米中的常见的酚酸有原儿茶酸、对羟基苯甲酸、香草酸、紫丁香酸、反式对香豆酸、阿魏酸和反式芥子酸。其中,原儿茶酸只在红米和黑米品种中被检测到,香草酸只在黑米品种中被检测到。黑米和红米品种分别特异性地检测到了花青素和原花青素的存在。除了常见的多酚类化合物,本研究还进一步鉴定出3种不常见的简单酚酸、3种耦合阿魏酸、1种黑米中含量较少的花青素,并进一步确定了红米品种的原花青素类型为B型。2、利用白米(9311)、红米(SB7)和黑米品种(豫南黑籼糯)花后4个不同时期的稻米为材料研究多酚类化合物的积累规律。研究发现白米和红米品种在花后1周的总酚含量显著高于其他时期,而黑米品种的总酚含量在完熟时期最高。白米品种的阿魏酸在花后3周,异阿魏酸在完熟时期含量最高。红米品种的原儿茶酸、对香豆酸、阿魏酸和异阿魏酸在花后1周含量最高。黑米品种的香草酸和阿魏酸在完熟时期含量最高,对香豆酸和紫丁香酸在花后1周的含量最高。黑米品种中的矢车菊-3-O-葡糖苷和芍药素-3-O葡糖苷分别在花后2周和花后3周含量最高。3、多酚类化合物在不同稻米品种中的分布情况也不相同。在白米、红米和黑米品种中,总酚的含量在种皮中最高(约占60-86%),其酚酸主要以自由缀合(freeandconjugated)和结合(bound)方式存在。其中,白米、红米和黑米品种的种皮自由缀合酚酸分别占了糙米的41%、65%和85%,其余分布在胚中。总结合酚酸的分布上,种皮约占糙米的90%。黑米品种的种皮总花青素、矢车菊-3-O-葡糖苷、芍药素-3-O葡糖苷和矢车菊-3-O-芸香苷含量占黑米的93%以上。4、糙米的总酚、总类黄酮、总原花青素含量、ABTS和DPPH自由基吸收能力的环境×基因型效应结果表明,它们的基因型效应占了约95%,环境和环境×基因型互作效应总共约占5%(P<0.001)。相关性研究表明,这些化合物的含量间存在极显著的相关性。在群体结构分析中,水稻群体可分成粳稻、籼稻和aus三个亚群。对两个环境中稻米多酚类化合物及其抗氧化活性进行关联分析研究,共找到23个相关位点。其中5个位点(qPAC7-3、qPC4、qPC12、qFCl-1和qPAC2-1)和先前确定的基因或连锁作图得到的QTLs位置很近。5、在水稻中,不同部位的色素沉积受不同基因的调控,具有一定的时空表达差异性。其中,OsPAL、OsCHS和OsCHI是花青素形成的基本表达基因。OsF3H,OsF3’H、OsDFR,OsANS、OsBl、OsB2和OsCl在白米、红米、黑米和紫叶白米(IR1552)水稻品种的茎、叶片、花和种子中存在差异性表达,并与发育时间相关。Ra是黑色种皮的重要调控因子,通过对紫叶白米和黑米品种的序列对比,发现Ra具有一定的多态性。设计相应的分子标记后,对紫叶和黑米杂交后代的重组自交系进行验证,发现黑米后代的基因型为Ra/Ra,褐米后代的基因型为Ra/Ra或Ra/ra,白米后代的基因型为ra/ra。通过RT-PCR研究表明,该基因只在黑米和褐米中能被BamHI酶切,且黑米的Ra在幼苗和花后16-26天的表达量最高,褐米的Ra在茎和花后12-20天的表达量最高。Ra的RNA干扰结果表明,虽然Ra和C1的作用可以使水稻糊粉层产生花青素的沉积,但黑米的Ra被沉默后并不能使其种皮颜色发生变化。
【作者】邵雅芳；
【导师】包劲松；
【作者基本信息】浙江大学，生物物理学，2014，博士
【关键词】水稻；酚酸；花青素；原花青素；抗氧化活性；基因型与环境互作；时空表达；RNA干扰；

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