多组学解析M. betonicifolia组织特异性生物碱分布机制及关键酶MbDDC-3的高原适应性进化

本研究通过整合代谢组与转录组分析，揭示罂粟科植物M. betonicifolia根部为生物碱合成主要场所，鉴定出codeinone、salutaridine等异喹啉通路关键中间体，并发现含特殊核定位信号（NLS）的限速酶MbDDC-3通过异源过表达使烟草根部生物碱总量显著提升274%（P<0.05），为高原药用植物适应性进化与生物碱代谢工程提供新见解。

　　

青藏高原特有植物Meconopsis betonicifolia（罂粟科）因其富含具有解痉镇痛活性的生物碱而成为传统藏药珍品。为揭示其组织特异性生物碱积累机制，研究团队对根、茎、叶、花四个器官开展多组学整合分析，并功能性表征了限速酶MbDDC-3。结果表明：根部是生物碱富集的核心部位，codeinone和salutaridine被确定为异喹啉生物碱合成通路的关键中间体；11个差异表达基因（DEGs）与这些代谢物呈现强相关性。在烟草（Nicotiana tabacum）中异源过表达MbDDC-3基因后，根部总生物碱含量显著增加274%（P?N-甲基Stylopine及其前体酪胺（tyramine）/多巴胺（dopamine）明显富集。值得注意的是，MbDDC-3蛋白C端附近含有一个非经典核定位信号（NLS）序列—RLKPAAIFNRKLG—且与低海拔物种相比存在关键残基替换，暗示其在高海拔胁迫下的适应性进化。该研究不仅阐释了M. betonicifolia通过优化生物碱空间分布以增强生态适应性的策略，更为药用生物碱的代谢工程提供了关键遗传工具。