葛是豆科葛属（PuerariaDC. ）多年生藤本植物，葛根是其块根。葛根与人参齐名，素有“亚洲人参”、“南葛北参”的美誉。葛根含有葛根素等多种异黄酮类次生代谢物，在我国的药用历史悠久，是中国传统的中药材之一，也是开发前景广阔的药食两用天然植物资源。野葛与粉葛是我国最常见的葛种，在营养品质及药用品质方面均存在较大差异。《中华人民共和国药典（2020 年版）》明确规定，野葛的葛根素含量不得低于2.4% ，粉葛的葛根素含量不得低于0.3% 。然而，严华兵团队对全国规模种植的粉葛以及各种渠道收集的野葛样品葛根素等主要异黄酮成分进行了检测，从测试结果来看，一年生主栽粉葛品种的葛根素含量均小于0.3% ，绝大部分野葛样品的葛根素含量低于2.4% ，不符合《中国药典》要求。因此，充分挖掘基因资源进而选育高葛根素含量的葛根优良新品种，可保障葛根的药用效果，为葛根大健康产业的可持续发展提供基础科技支撑。

葛根素的合成途径

2023年，广西农科院经作所严华兵团队和上海大学章焰生团队在中科院二区， JCR一区SCI 期刊Biomolecules （ IF:6.02）和BMC Plant Biology ( IF: 5.26)期刊上合作发表题为“Comparative tranome analysis of Pueraria lobataprovides candidate genes involved in puerarin biosynthesis and its regulation”和“Genome-wide identification and expression pattern analysis of R2R3-MYB tranion factor gene family involved in puerarin biosynthesis and response to hormone in Pueraria lobatavar. thomsonii”的论文，开展了挖掘调控葛根素合成的结构基因和 R2R3-MYB转录因子的研究工作。

#01

葛根转录组比较分析挖掘参与葛根素生物合成和调控的候选基因

发表期刊：Biomolecules （ IF:6.02）

文章链接：https://www.mdpi.com/2218-273X/13/1/170

主要内容：葛根是中国传统中药材，富含异黄酮C- 葡萄糖苷葛根素，由于其药用特性而受到极大关注。迄今为止，人们对葛根素的生物合成，尤其是合成途径中的C- 糖基反应仍知之甚少。此外，尚未见调节葛根中葛根素生物合成的转录因子(TF) 的报道。在本研究中，我们分析了两个葛根品种在不同发育时期的根、茎和叶组织的化合物变化，发现葛根的根和茎都是葛根素生物合成的场所。同时，我们也对两个葛根品种不同发育时期的根和茎组织进行了转录组测序，并将干净的reads映射到最近发表的粉葛基因组上，产生转录组数据集。我们基于基因表达数据、基因共表达网络和系统发育联合分析发现了几种可能参与葛根素生物合成的C -GT 。此外，我们首次从全基因组角度鉴定出 123个在葛根茎和根中显著表达的PlMYB基因。PlMYBs与其他植物MYB 蛋白的系统发育分析揭示了可能调节异黄酮（如葛根素）生物合成的PlMYB候选基因。

上海大学在读研究生奚惠婷为第一作者，广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所严华兵研究员和上海大学李长福教授为共同通讯作者。此研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目的共同资助。

#02

调控葛根素合成和响应激素的R2R3-MYB家族的全基因组鉴定和表达模式分析

发表期刊：BMC Plant Biology ( IF: 5.26)

主要内容：葛根素是葛根的主要活性成分，其合成可能受转录因子和葛根素合成途径关键酶结构基因调控。R2R3-MYB 转录因子是植物 MYB家族的主要亚群，是调节类黄酮化合物生物合成的关键因素。本研究基于粉葛全基因组数据，鉴定和分析粉葛R2R3-MYB 转录因子家族。同时，我们针对粉葛产业葛根素含量低的问题，结合葛根品种中根、茎、叶葛根素含量和基因表达模式进行关联分析，挖掘调控葛根素合成的R2R3-MYB 转录因子和结构基因。此外，该研究还探究了R2R3-MYB 转录因子和葛根素合成途径关键酶结构基因响应外源激素的表达模式，发现MeJA 和GSH 具有调控粉葛葛根素合成的潜力。最后，我们联合分析候选基因启动子顺式作用元件、根茎叶表达模式、外源MeJA和GSH诱导基因表达模式，提出了粉葛葛根素合成的调控网络。

该论文第一完成单位为广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所，在站博士后吴正丹为第一作者，严华兵研究员为唯一通讯作者。上海大学章焰生团队和广东农科院王继华团队参与了该研究。此研究得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、广西重点研发计划和广西农科院院科技基本业务费团队项目的共同资助。

严华兵团队课题组现有在编人员8 人，培养博士后1 名，与广西大学联合培养硕士研究生3 名，聘用硕士、本科等相关专业技术和管理人员5 名。另外，团队与广西大学、华中农业大学、中国热带农业科学院、上海大学、广西中医药大学、广西医科大学等单位相关科研团队在木薯、葛根等研究上保持紧密科研合作。本团队以严华兵为学术带头人，以木薯、葛根等薯类作物为主要研究对象，目前形成了如下6 个稳定的研究方向：1 、薯类资源收集、保存、评价及特色资源挖掘；2 、薯类生物技术育种与新品种选育；3 、薯类作物优良性状形成及调控的分子机理；4 、薯类作物高产高效栽培与示范；5 、薯类作物快繁技术攻关与健康种苗生产；6 、广西特色薯类功能产品开发（联合）。到目前为止，团队先后主持承担国际原子能研究机构（IAEA ）国际合作项目、国家自然科学基金、广西创新驱动发展专项、主席科技资金、重点研发计划、广西自然科学基金等课题项目30 多项，参与国家重点研发等各级各类项目若干；主持获得广西科学技术进步奖三等奖2 项；先后发表研究论文90 多篇，其中SCI 收录论文30余篇；审定木薯新品种5个，获授权专利20 多个；主持编制国家团体标准1 个，广西地方标准10 多个；主编出版《广西农作物种质资源—— 薯类作物卷》、《多姿多彩的木薯》等专著2 本，共同主编出版《美味木薯》、《美味粉葛》专著2 本。

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