云南省地處我國西南邊陲,具有典型的低緯度高原氣候特征,是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)清香型煙葉的理想產(chǎn)區(qū)。云南省野生資源植物研發(fā)重點實驗室(中國科學院昆明植物研究所)胡虹和張石寶研究組以及吳勁松研究組綜合利用了植物生理、化學分析及現(xiàn)代分子生物學的手段,解析了云南清香型煙葉物質(zhì)代謝特征,提出了晝夜溫差是影響該風格形成的物質(zhì)代謝的主導因素,發(fā)現(xiàn)了東莨菪亭(scopoletin)和東莨菪苷(scopolin)作為兩種煙葉合成用于抵抗病原菌入侵的香豆素類植保素是重要中藥“丁公藤”的特征成分及先導藥物小分子,并利用煙草為“合成工廠”合成了三七中的重要藥效成分達瑪烯二醇及原人參二醇。
胡虹和張石寶研究組通過多樣本、多途徑驗證表明,溫度、日照、土壤、施氮和品種或多或少都會影響煙葉的物質(zhì)積累,但是低溫處理煙葉的質(zhì)體色素、還原糖與多酚類物質(zhì)的積累模式與田間的清香型煙葉相似,而高溫處理煙葉的煙堿積累模式類似于濃香型煙葉。低溫可以模擬清香型煙葉的物質(zhì)積累,說明溫度是影響清香型煙葉物質(zhì)代謝的主導因素,而晝夜溫差和氮肥對清香型煙葉物質(zhì)代謝有調(diào)節(jié)作用。
煙草具有極大的合成次生代謝物的能力,能夠生產(chǎn)超過2500種次生代謝產(chǎn)物。吳勁松研究組發(fā)現(xiàn)當煙草受到赤星病菌感染時,會在感染位點周圍大量合成香豆素類的次生代謝產(chǎn)物東莨菪亭和東莨菪苷。這兩個化合物在體外即可抑制赤星病菌的生長。利用分子生物學的手段,沉默這兩種化合物的合成酶基因的時候,植物會變得感病。證明這兩種次生代謝產(chǎn)物是煙草用來抵御病原菌的“化學防御武器”。有意思的是,這兩種化合物是中國藥典記載的廣東、廣西民間用于抗風濕的傳統(tǒng)藥“丁公藤和光葉丁公藤”的重要特征成分,具有一定的抗腫瘤和鎮(zhèn)痛的功能。該結(jié)果表明,煙草能夠生產(chǎn)先導藥物小分子,盡管其合成的目的是用于抵御病原菌入侵。吳勁松研究組還利用了煙草中的萜類代謝通路,通過導入三七的達瑪烯二醇合酶和原人參二醇合酶基因,成功的讓煙葉合成了達瑪烯二醇(0.32μg/g干葉)和原人參二醇(0.30μg/g干葉),這兩種藥效成分的合成水平均超過了三年生三七根中的含量,這一發(fā)現(xiàn)為開拓煙草的非煙用途提供了一種新的可能途經(jīng)。
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