代谢组学与转录组学整合分析揭示三种白刺浆果的全局代谢差异及其药用价值

本研究针对传统中药白刺浆果（Nitraria berries）中三种物种（NT、NS、NR）的化学成分差异及代谢机制尚不明确的问题，通过整合代谢组学（UHPLC-QE-MS）和转录组学（RNA-Seq）技术，系统解析了其关键代谢通路与调控基因。研究发现，差异代谢物（DMs）和差异表达基因（DEGs）主要富集于花青素（anthocyanins）和黄酮类（flavonoids）生物合成途径，其中NR富含petunidins和isorhamnetins，而NT和NS显著积累cyanidins和kaempferols。研究首次构建了白刺浆果黄酮类代谢网络，为差异化开发和临床应用提供了理论依据。

　　

白刺浆果作为青藏高原特有的药用植物，长期被收录于《中国沙漠地区药用植物》等典籍，但其三种主要物种——唐古特白刺（Nitraria tangutorum Bobr., NT）、西伯利亚白刺（Nitraria sibirica Pall., NS）和罗氏白刺（Nitraria roborowskii Kom., NR）的化学成分差异及调控机制尚未明确。尽管三者形态和分布迥异（NT生长于沙漠，NS偏好盐碱地，NR分布于中亚沙漠），且民间均用于治疗脾胃疾病和感冒，但现有研究多集中于NT的经济价值，NR和NS的资源开发严重不足。更关键的是，混合用药可能导致疗效波动，因此揭示其代谢差异成为亟待解决的科学问题。

青海大学医学院药学系的研究团队通过整合非靶向代谢组学和转录组学技术，首次系统比较了三种白刺浆果的代谢特征。研究发现，NR浆果因高表达糖基转移酶（UFGT）和花青素合成酶（ANS）基因，特异性积累petunidins类花青素（如petunidin-3-O-^6"-O-香豆酰葡萄糖苷），而NT和NS则因苯丙氨酸解氨酶（PAL）和黄酮3'-羟化酶（F3'H）基因上调，富含cyanidins（如cyanidin-3-O-葡萄糖苷）和kaempferols（如kaempferol-3-O-芸香糖苷）。该成果发表于《Scientific Reports》，为白刺浆果的精准药用开发奠定了理论基础。

研究采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱质谱（UHPLC-QE-MS）对浆果代谢物进行定性定量分析，结合自建数据库和Mzcloud平台鉴定出103种化合物。转录组测序（Illumina HiSeq 4000平台）获得65,398条unigenes，通过DESeq2筛选差异基因，并利用KEGG和MetaboAnalyst进行通路富集。关键实验技术还包括主成分分析（PCA）和转录因子（TF）互作网络构建。

表型分析
三种浆果表型差异显著：NT呈深紫红色椭圆形，NS为暗红色圆形，NR则是被白色绒毛的紫黑色大果。这种颜色差异暗示了花青素组成的多样性。

代谢组学结果
通过OPLS-DA模型筛选到103种差异代谢物，其中NR特异性积累4种petunidins和2种isorhamnetins（如isorhamnetin-3-O-新橙皮糖苷），而NT和NS显著富集4种cyanidins和3种kaempferols。定量验证显示，NT中芦丁（rutin）含量是NR的8倍，而NR的绿原酸（chlorogenic acid）含量远超NT。通路分析表明，花青素和黄酮生物合成是最显著的差异通路。

转录组学结果
NR中UFGT和ANS基因高表达与petunidins积累正相关，而NT和NS中5个PAL和2个F3'H基因上调驱动了黄酮合成。转录因子分析发现，MYB、WRKY和bHLH家族（如MYB114和WRKY75）通过调控CHS（查尔酮合成酶）和FLS（黄酮醇合成酶）等基因影响代谢流。

联合分析
构建的黄酮代谢网络显示，结构基因表达模式与代谢物积累高度一致。例如，NR中ANS（Unigene0034286）表达量是NT的2.5倍，与其petunidin含量呈正相关；而NT中PAL（Unigene0062152）表达量是NR的3倍，促进了cyanidin合成。

讨论与结论
该研究首次从多组学层面阐明三种白刺浆果的代谢分化机制：NR因富含petunidins（具抗氧化和抗炎活性）适合开发神经保护剂，而NT和NS高含量的cyanidins（抗癌和心血管保护作用）可作为功能食品原料。研究还发现，MYB转录因子家族是调控黄酮合成的核心开关，为分子育种提供了靶点。这一成果不仅解决了传统中药多基原物种的质量控制难题，还为青藏高原药用植物资源的高值化利用提供了科学范式。