植物转录组与代谢组联合探究：蒲公英中酚酸和类黄酮生物合成相关基因
近日，Frontiers in Plant Science(影响因子4.1)在线发表了昆明理工大学生命科学与技术学院李昆志教授课题组的题为“Integrative analysis of the metabolome and tranome reveals the mechanism of polyphenol biosynthesis inTaraxacum mongolicum”的研究论文。在这项研究中，结合非靶向代谢组、Pacbio ISOseq转录组和Illumina RNA-seq转录组，研究了多酚与蒲公英根、花和叶片中基因表达之间的关系。转录组与代谢组相结合的结果为进一步了解蒲公英多酚生物合成的分子机制提供了新的见解。
蒲公英是传统的中药材，具有清热解毒，消肿散结，利尿通淋的功效，临床上常用于治疗炎症、胃病、肿瘤、妇科疾病等。此外，蒲公英作为一种优质的营养保健蔬菜，越来越受到人们的青睐。蒲公英的显著生物功能可归因于其植物化学成分，包括类黄酮、酚酸类、萜类、 甾醇类、多糖、挥发油、香豆素和其他活性化合物。其中，类黄酮化合物和酚酸是蒲公英的主要活性代谢产物。在不同的组织中，控制蒲公英多酚含量差异的分子机制尚未探索。为了确定导致多酚含量高的关键基因，并了解蒲公英中类黄酮和酚酸生物合成的分子机制，本研究使用了全长转录组测序、RNA-seq、非靶向代谢组学技术，对这些组织的代谢谱和差异表达基因进行了表征和分析。
蒲公英中黄酮类化合物的生物合成图。(A) 类黄酮化合物生物合成途径的简化图。(B) 和 (C) 表示不同组织中参与类黄酮化合物合成基因的相对表达量的热图。
该研究揭示了蒲公英根、叶和花中多酚代谢产物与基因之间的相关性。从蒲公英植物的三个组织中鉴定出1298种代谢产物，其中包括88种黄酮类化合物和25种酚酸。通过结合第二代和第三代转录组学，分析了两种主要多酚生物合成途径（类黄酮和菊苣酸）的基因。确定了64个参与黄酮类生物合成的候选基因和63个参与菊苣酸生物合成的候选基因。RNA-seq分析显示，多酚生物合成途径中的基因如CHS, CHI, F3H, F3'H, FLS, HQT和CAS在花中上调，这些基因对类黄酮和菊苣酸的积累至关重要。这些结果有助于今后更好地了解蒲公英中多酚的生物合成途径，为未来的蒲公英分子育种和代谢工程研究提供了宝贵的资源。
蒲公英中菊苣酸的生物合成图。(A) 菊苣酸代谢途径。(B) 和 (C) 表示不同组织中与菊苣酸合成相关的基因相对表达量的热图。
昆明理工大学赵星博士后为论文的第一作者，昆明市农业农村局高原特色农业发展处李一果博士为论文的第二作者，昆明理工大学李昆志教授是论文的通信作者。昆明理工大学徐慧妮教授，研究生黄元冲和申俊也参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金项目(31960071)的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1418585
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