盐诱导下白木香沉香形成的整合蛋白质组与代谢组学机制解析

《BMC Plant Biology》：Integrated proteomic and metabolomic analyses reveal the salt-induced agarwood formation mechanism of Aquilaria sinensis

本研究针对沉香形成分子机制不清的难题，通过整合蛋白质组学和代谢组学技术，系统分析了火钻及不同浓度盐胁迫（0.04/0.4/4 mol/L NaCl）处理4/12个月后白木香沉香的分子响应规律。研究发现0.4 mol/L NaCl联合火钻处理（FSM）可诱导更多差异代谢物（特别是倍半萜类、色原酮类），而0.04 mol/L NaCl处理（FSL）则引起最显著的差异蛋白表达。关键酶HMGS、PMK、TPS在倍半萜生物合成通路中呈现差异化调控，为揭示沉香品质形成机制及人工诱导技术优化提供了重要理论依据。

　　

在东方文明的历史长河中，沉香始终扮演着神秘而珍贵的角色。这种源自瑞香科白木香树（Aquilaria sinensis）的树脂化木材，不仅是传统中医药宝库中的瑰宝，更是宗教仪式和高端香料市场追逐的焦点。然而，自然条件下沉香形成需要数十年甚至数百年时间，且其形成机制一直笼罩在神秘面纱之下。尽管人工诱导技术（如火钻、真菌侵染、酸处理）已有所发展，但所得沉香的品质与产量仍远未达到理想状态。这种供需之间的巨大落差，促使科学家们不断探索沉香形成的分子奥秘。

近日发表于《BMC Plant Biology》的研究，通过整合蛋白质组学与代谢组学技术，首次系统揭示了盐胁迫协同火钻处理诱导沉香形成的分子调控网络。研究团队通过分析不同浓度氯化钠（0.04、0.4、4 mol/L）联合火钻处理4个月和12个月后的沉香样品，绘制了完整的代谢物与蛋白质表达图谱，为理解这一复杂生物过程提供了全新视角。

研究采用多组学整合分析策略，样本来源于广东省化州市10年生白木香树，设置空白对照（CK）、单纯火钻（F）及火钻加不同浓度盐（FSL、FSM、FSH）共5组处理。通过广泛靶向代谢组学检测系统分析小分子代谢物，同时利用数据非依赖采集（DIA）技术进行蛋白质组定量分析。关键发现通过qRT-PCR技术进行验证，确保结果的可靠性。

沉香形成

研究通过宏观观察和微观结构分析证实，所有处理组均成功诱导沉香形成，而对照组保持白木状态。荧光显微镜观察显示，处理组木质部射线和韧皮部薄壁细胞出现树脂沉积，细胞逐渐死亡并积累大量次生代谢产物。

不同处理沉香广泛靶向代谢组学分析

代谢物热图和主成分分析显示，不同胁迫处理引起显著代谢谱差异。共鉴定1611种代谢物，按类别可分为黄酮类（15.89%）、氨基酸及其衍生物（11.79%）、萜类（10.43%）、酚酸（9.75%）等12大类。

不同处理沉香差异积累代谢物

差异代谢物分析显示，FSM1组（火钻+0.4 mol/L NaCl处理4个月）诱导的差异代谢物数量最多。关键差异物包括有机酸、倍半萜类、酚酸、黄酮类和色原酮类。特别值得注意的是，多个2-(2-苯乙基)色原酮（PECs）在FSM组显著上调，这些成分是沉香质量评价的关键指标。

差异代谢物代谢通路分析

KEGG富集分析表明，所有比较组中"次生代谢物生物合成"、"ABC转运蛋白"和"黄酮生物合成"通路均显著富集，提示这些通路在沉香形成过程中发挥核心作用。

不同处理沉香差异表达蛋白

蛋白质组学分析共鉴定9148个差异表达蛋白（DEPs）。FSL1组（火钻+0.04 mol/L NaCl处理4个月）差异蛋白数量最多。主成分分析和聚类分析显示样品重复性良好，蛋白质表达谱在不同处理间存在明显区分。

倍半萜生物合成通路基因表达图谱分析

研究重点关注了倍半萜生物合成通路中的关键酶。发现3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶（HMGS）在盐处理组表达上调，而萜烯合酶（TPS）在火钻和中等盐浓度处理组显著升高。qRT-PCR验证结果与蛋白质组数据一致，证实了这些基因在倍萜合成中的重要作用。

整合蛋白质组学和代谢组学分析

通路网络分析显示，差异蛋白和差异代谢物共同富集于11条KEGG通路，包括氨基酸生物合成、辅因子生物合成、丙酮酸代谢、苯丙烷生物合成以及半胱氨酸和蛋氨酸代谢等通路。

该研究通过多组学整合分析，系统揭示了盐胁迫协同火钻处理诱导沉香形成的分子机制。研究发现不同浓度盐处理通过差异化调控次生代谢通路，影响关键成分如倍半萜类和色原酮类的合成积累。特别值得注意的是，中等浓度盐处理（0.4 mol/L NaCl）在诱导特征性代谢物方面表现最佳，而低浓度盐处理（0.04 mol/L NaCl）引起最广泛的蛋白质组响应。这些发现不仅深化了对沉香形成生物学过程的理解，也为优化人工诱导技术、提升沉香品质提供了重要分子靶标和理论依据。随着全球对高品质沉香需求的持续增长，这项研究为可持续生产这一"植物黄金"开辟了新的可能性。