两种橡胶树品种的橡胶产量、生理生化参数以及与蔗糖代谢相关的基因的季节性变化

《Industrial Crops and Products》：Seasonal variation in rubber yield, physio-biochemical parameters and sucrose metabolism-related genes in two rubber tree cultivars

本研究系统解析了毛白蜡种子（EMF）发育过程中黄酮类化合物动态积累及分子调控机制。通过九次采收时间点的定量检测发现，EMF2期黄酮含量达峰值24.736 mg/g，显著高于其他时期。整合转录组（鉴定59个核心生物合成基因）、代谢组（711种代谢物）及共表达网络分析，揭示了EmMYB5通过结合Em4CL启动子负调控黄酮合成，同时EmMYB105也参与调控。瞬时表达和酵母双杂交实验证实EmMYB5对黄酮生物合成关键基因（如EmC4H、Em4CL）的表达具有显著抑制作用。该研究为功能强化型食品开发提供了分子基础。

　　该研究围绕一种新兴的木本油料作物——Elaeagnus mollis（沙棘）的种仁（EMF）中黄酮类化合物的组成、含量变化及其生物合成机制展开。黄酮类化合物是植物中广泛存在的一类天然生物活性物质，具有多种对人体有益的生理功能，如抗氧化、抗炎、抗病毒和抗癌等。这些化合物不仅在植物自身防御机制中起重要作用，还在人类健康维护中展现出巨大潜力。因此，了解其在植物不同组织中的合成路径及其调控机制，对提高作物营养价值、开发功能性食品具有重要意义。

在本研究中，科研团队通过定量分析和多组学方法，系统地探索了EMF中黄酮类化合物的动态变化及其生物合成机制。研究发现，在九个采收时间点（EMF1至EMF9）中，黄酮类化合物的含量范围在8.062至24.736?mg/g之间，其中在EMF2阶段达到峰值。这种动态变化表明，黄酮类化合物的积累并非一成不变，而是受到多种因素的影响，包括内部基因表达调控和外部环境条件。通过整合转录组、代谢组和共表达分析等多组学技术，研究者鉴定了59个与黄酮类生物合成相关的基因，以及711个差异积累代谢物（DAMs）和7312个差异表达基因（DEGs）。这些结果揭示了黄酮类化合物在EMF中的合成路径，并明确了其调控网络。

进一步的加权基因共表达网络分析（WGCNA）表明，MEblue模块与黄酮类化合物的含量及其不同组分的相对含量具有显著正相关，而MEblack和MEyellow模块则表现出与黄酮类化合物负相关的趋势。这提示我们，不同基因模块可能在黄酮类合成的不同阶段发挥作用。特别是，MEblue模块中的DEGs在多个生物合成通路中表现出显著富集，包括次生代谢产物的合成。此外，研究还通过共表达分析，识别出EmMYB5和EmMYB105作为调控黄酮类合成的关键转录因子。其中，EmMYB5被证实为黄酮类合成的负调控因子，其通过结合Em4CL启动子区域，抑制了黄酮类化合物的合成过程。这一发现为理解黄酮类生物合成的调控机制提供了新的视角。

在功能验证方面，研究团队通过瞬时过表达和病毒诱导基因沉默（VIGS）实验进一步证实了EmMYB5在EMF中的调控作用。结果显示，当EmMYB5被过表达时，黄酮类化合物的含量显著下降；而当其被沉默时，黄酮类化合物的积累量则显著上升。这一结果不仅验证了EmMYB5作为负调控因子的功能，也为未来通过基因编辑技术提高EMF中黄酮类化合物含量提供了理论依据。此外，酵母单杂交（Y1H）实验进一步揭示了EmMYB5与Em4CL启动子之间的直接相互作用，进一步支持了其在黄酮类生物合成中的调控作用。

研究还指出，EMF中黄酮类化合物的合成受到多种因素的影响，包括植物自身的发育阶段、环境条件以及基因表达模式。例如，在EMF的发育过程中，黄酮类化合物的含量呈现出先上升后下降的趋势，这种变化可能与植物在不同生长阶段对环境压力的适应性有关。此外，环境因素如干旱、光照强度和土壤养分等，可能对黄酮类化合物的合成产生显著影响。因此，研究不仅关注基因层面的调控机制，还强调了环境与基因之间的复杂相互作用。

从代谢组分析的角度来看，EMF中鉴定出的104种黄酮类化合物，包括4种查尔酮、9种黄烷醇、6种黄烷酮、28种黄酮、53种黄酮醇和其他黄酮类化合物，显示出该作物种仁中黄酮类化合物的多样性。这些化合物的含量在不同采收时间点呈现出显著差异，其中某些化合物如黄酮醇、黄烷醇和黄酮在EMF2阶段达到最高水平。这提示我们，EMF2可能是黄酮类化合物合成的最佳时期，也是进行相关研究和应用开发的关键节点。

在转录组分析中，研究团队发现与黄酮类生物合成相关的基因在不同发育阶段表现出不同的表达模式。其中，Em4CL、EmC4H和EmPAL等基因在EMF2阶段的表达水平最高，这可能与该阶段黄酮类化合物的大量合成有关。这些基因的表达水平与黄酮类化合物的含量变化趋势基本一致，表明它们在黄酮类生物合成过程中起着核心作用。此外，研究还发现，不同基因家族的扩展程度在不同植物物种中存在差异，这可能与物种的进化历史和环境适应性有关。

研究还指出，黄酮类化合物的合成不仅受到基因表达的调控，还可能受到植物体内激素信号通路的影响。例如，茉莉酸和赤霉素等植物激素可能通过调控相关转录因子的表达，进而影响黄酮类化合物的合成。此外，一些研究还表明，某些转录因子（如MYB、bHLH和WRKY）可能通过与特定基因启动子区域的结合，调控黄酮类化合物的合成过程。这些转录因子的相互作用可能形成复杂的调控网络，从而实现对黄酮类化合物合成的精确控制。

本研究的成果不仅有助于揭示EMF中黄酮类化合物的合成机制，也为未来开发功能性食品和提升作物营养价值提供了理论支持。通过明确关键基因和调控因子的作用，研究团队为后续的代谢工程和基因编辑技术提供了潜在的目标。例如，Em4CL和EmCHI可能成为提高EMF中黄酮类化合物含量的优先靶点。此外，研究还强调了多组学方法在解析复杂生物合成路径中的重要性，通过整合不同层次的数据，能够更全面地理解黄酮类化合物的合成机制及其调控网络。

综上所述，本研究通过系统分析EMF中黄酮类化合物的含量变化、代谢物组成及其基因调控网络，揭示了黄酮类化合物在该作物种仁中的合成规律和调控机制。研究结果不仅为理解黄酮类化合物的生物合成提供了新的视角，也为进一步提升EMF的营养价值和应用价值奠定了基础。未来，随着对黄酮类化合物合成机制的深入研究，有望通过生物技术手段，开发出更具健康价值的EMF相关产品，从而推动其在食品和医药领域的应用。