基于转录组和类胡萝卜素代谢组分析揭示灰毡毛忍冬花色转变的分子机制

本研究通过整合转录组学和类胡萝卜素代谢组学技术，系统解析了灰毡毛忍冬(Lonicera macranthoides)从绿色花蕾到金色花朵发育过程中类胡萝卜素代谢的动态变化规律。研究发现β-胡萝卜素(β-carotene)和紫黄质(violaxanthin)是金色花期的关键呈色物质，并揭示了类胡萝卜素生物合成从α-胡萝卜素分支向β-胡萝卜素分支转变的分子机制，为忍冬属植物花色改良提供了重要理论依据。

　　

在植物王国中，花朵的色彩斑斓不仅是大自然最美的装饰，更是植物繁衍的重要策略。花色主要由三大类色素决定：类胡萝卜素（呈现黄色至红色）、花青素（呈现红色至蓝色）和叶绿素（呈现绿色）。忍冬属植物作为重要的药用和观赏植物，其花色变化机制一直备受关注。然而，关于灰毡毛忍冬(Lonicera macranthoides)花色从绿色到白色最终变为金色的转变过程中，类胡萝卜素所起的作用尚不清楚。这一问题不仅关系到植物花色形成的理论基础，也对药用植物品质改良具有重要实践意义。

怀化大学湖南省民族药用植物资源研究与利用重点实验室的研究人员针对这一科学问题开展了深入研究。他们选取灰毡毛忍冬'香蕾'品种的四个关键发育阶段（绿色花蕾GB、白色花蕾WB、白花WF和金色花GF）为材料，通过整合转录组学和类胡萝卜素代谢组学分析，系统揭示了花色转变的分子机制。这项重要研究成果发表在《BMC Biotechnology》杂志上。

研究人员主要采用了三种关键技术方法：1）高通量转录组测序技术分析不同发育阶段基因表达差异；2）超高效液相色谱技术(UPLC)定量检测16种类胡萝卜素含量；3）qPCR验证关键基因表达模式。样本来自当地栽培的'香蕾'品种四个发育阶段，每个阶段设置三个生物学重复。

研究结果部分，通过"Transcriptome analysis"发现，在三个比较组（GB_vs_WB、GB_vs_WF和GB_vs_GF）中，分别检测到70、71和69个类胡萝卜素生物合成通路(ko00906)的差异表达基因(DEGs)。qPCR验证结果显示RNA-seq数据可靠。

"Carotenoids assay"部分揭示了关键发现：共检测到16种类胡萝卜素（5种胡萝卜素和11种叶黄素）。类胡萝卜素含量呈现先降低后升高的趋势，在WF阶段达到最低，GF阶段显著增加。特别值得注意的是，在GF阶段，β-胡萝卜素和紫黄质占总检测类胡萝卜素的64.95%，成为金色花期的关键呈色物质。

"Correlation analysis between transcripts and carotenoids"部分阐明了分子机制：随着花朵发育，类胡萝卜素生物合成从α-胡萝卜素分支转向β-胡萝卜素分支。这一转变与多个关键基因的表达变化密切相关，包括PSY_67（八氢番茄红素合成酶）、PDS_56和PDS_08（八氢番茄红素去饱和酶）、crtZ和crtZ_43（β-胡萝卜素3-羟化酶）的上调表达，以及LCY-e（番茄红素ε-环化酶）的下调表达。

研究结论部分指出，这项研究首次系统阐明了灰毡毛忍冬花色转变过程中类胡萝卜素代谢的动态变化规律及其分子机制。特别重要的是，发现β-胡萝卜素和紫黄质是金色花期的主要呈色物质，这一发现为忍冬属植物的花色改良提供了明确的分子靶点。此外，研究建立的转录组和代谢组数据库也为后续研究提供了宝贵资源。

这项研究的科学意义不仅在于揭示了药用植物花色形成的分子机制，更重要的是为通过基因工程手段改良忍冬属植物品质提供了理论依据。未来可以通过调控关键基因（如PSY、LCY-β等）的表达，提高目标类胡萝卜素的含量，从而培育出具有更高观赏价值和药用价值的忍冬新品种。同时，研究中发现的富含β-胡萝卜素和紫黄质的金色花期材料，也为开发天然色素和抗氧化剂提供了优质资源。