甘草中组蛋白去乙酰化酶调控黄酮类生物合成机制解析：解锁药用植物活性成分增产密码

甘草作为药食两用植物，其黄酮类成分如光甘草定 A（Licochalcone A，LCA）具有重要药用价值。为探究甘草黄酮生物合成的调控机制，研究人员开展了组蛋白去乙酰化酶（HDACs）对其影响的研究。结果发现 HDAC 抑制剂可促进黄酮积累，GiHDA2b 负调控 LCA 合成。该研究为提高药用植物活性成分产量提供了理论依据。

　　在植物的奇妙世界里，甘草（Glycyrrhiza inflata）可是一位 “宝藏选手”。它既是美食中的常客，又是传统中医药里的重要药材，蕴含着超过 400 种生物活性化合物，像 liquiritin、glycyrrhizin 和 licochalcone 等，这些成分有着抗炎、抗癌、抗氧化等神奇功效，在烟草、食品、化学等众多行业都有广泛应用。尤其是光甘草定 A（LCA），它是甘草中的特征性黄酮单体，在医疗和护肤品领域潜力巨大。然而，就像神秘的宝藏被隐藏在重重迷雾中，LCA 的生物合成途径及分子调控机制一直不为人知。此前，仅有 O - 甲基转移酶 GiLMT1 被证实与 LCA 生物合成相关，且可能是组蛋白去乙酰化酶 GiSRT2 的作用靶点，但这只是冰山一角，甘草黄酮类生物合成的调控网络仍有待深入探索。

为了揭开这层神秘的面纱，中国科学院华南植物园广东省应用植物重点实验室等研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了关于组蛋白去乙酰化酶（HDACs）介导的组蛋白去乙酰化在甘草黄酮类生物合成中调控作用的研究，为后续提高药用植物活性成分产量提供理论基础。最终，该研究成果发表在《Molecular Horticulture》杂志上。

研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。首先是转录组测序（RNA-seq），通过对经辛二酰苯胺异羟肟酸（SAHA）处理和未处理的样本进行测序，全面分析基因表达变化；其次是染色质免疫沉淀定量聚合酶链反应（ChIP-qPCR），用于检测基因启动子区域的组蛋白 H3 乙酰化水平；此外，还利用转基因技术，构建过表达和 RNA 干扰载体，探究基因功能。

下面让我们一起来看看研究人员都有哪些重要发现。

• HDAC 抑制剂促进甘草黄酮类化合物积累：研究人员用不同的 HDAC 抑制剂处理 7 日龄甘草幼苗，发现丁酸钠（NaB）和 SAHA 处理显著增加了总黄酮和 LCA 等化合物的积累，其中 SAHA 效果更明显，不过它会抑制根系生长。同时，SAHA 处理能增加组蛋白 H3 的乙酰化水平，这表明 SAHA 可通过调节组蛋白乙酰化影响甘草的特殊代谢。
• SAHA 激活黄酮类生物合成相关基因表达：基于上述发现，研究人员进行 RNA-seq 分析，发现 SAHA 处理后有大量差异表达基因（DEGs），这些基因主要与特殊代谢物生物合成相关，特别是黄酮类生物合成途径中的关键酶基因，如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合酶（CHS）等均上调。此外，SAHA 处理还激活了一些转录因子，并影响了植物激素信号转导途径相关基因的表达。ChIP-qPCR 分析进一步证实，SAHA 处理增加了黄酮类生物合成相关基因启动子区域的 H3 乙酰化水平，从而激活这些基因的表达。
• 甘草 HDACs 的鉴定与分析：研究人员在甘草基因组中鉴定出 19 个 HDACs，并根据序列相似性将其分为 RPD3/HDA1、SIR2 和 HD2 三个家族。这些 HDACs 具有不同的结构特征和亚细胞定位模式，暗示它们可能在甘草生长发育和代谢过程中发挥不同的作用。
• GiHDA2b 负调控黄酮类积累和 H₃乙酰化水平：茉莉酸甲酯（MeJA）和 SAHA 处理对黄酮类化合物积累诱导作用显著。研究发现，MeJA 处理后，只有 GiHDA2b 的表达持续受到抑制，因此研究人员对其功能进行深入研究。通过构建过表达（OE-GiHDA2b）和 RNA 干扰（RNAi-GiHDA2b）转基因毛状根，发现 OE-GiHDA2b 降低了 H₃K9ac、H₃K14ac 和 H₃K18ac 的乙酰化水平，而 RNAi-GiHDA2b 则使其升高，表明 GiHDA2b 可能是一种活性组蛋白去乙酰化酶。同时，RNAi-GiHDA2b 毛状根中总黄酮和 LCA 等化合物含量显著增加，说明 GiHDA2b 负调控黄酮类积累。
• GiHDA2b 通过调节 H₃K18ac 标记的基因调控 LCA 生物合成：H₃K18ac 与转录增强子相关，研究推测 GiHDA2b 可能通过去除 LCA 生物合成相关基因启动子染色质上的 H₃K18 乙酰化修饰，抑制这些基因的转录，从而负调控 LCA 生物合成。ChIP-qPCR 和 qRT-PCR 结果证实，RNAi-GiHDA2b 中相关基因启动子的 H₃K18 乙酰化水平升高，基因表达上调；而 OE-GiHDA2b 中则相反。

综合上述研究结果，研究人员发现 HDAC 抑制剂可通过增加组蛋白 H₃乙酰化水平，激活黄酮类生物合成相关基因的表达，促进甘草中黄酮类化合物的积累。其中，GiHDA2b 作为一个关键的负调控因子，通过抑制 LCA 生物合成相关基因的 H₃K18 乙酰化修饰，降低这些基因的表达，进而减少 LCA 的积累。

这项研究意义重大，它首次全面地揭示了甘草中 HDACs 对黄酮类生物合成的调控机制，为理解植物特殊代谢的表观遗传调控提供了新的视角。在实际应用方面，该研究成果为提高药用植物中活性成分的产量提供了理论依据和潜在的技术手段，有助于推动药用植物资源的开发和利用，促进医药产业的发展。同时，也为后续深入研究植物中其他次生代谢途径的调控机制提供了参考范例，为植物生物学领域的研究开辟了新的方向。