斑地锦转录组解析槲皮素生物合成关键基因及发育阶段表达调控机制

本研究通过多组织发育阶段转录组测序，首次系统解析药用植物斑地锦(Euphorbia maculata)槲皮素生物合成通路。研究人员采用Illumina NovaSeq 6000平台对营养期与生殖期的根、茎、叶、果实进行测序，组装获得83,028个unigenes，鉴定出PAL、4CL、CHS等59个槲皮素合成关键基因及56个TF家族。研究发现35个DEGs在成熟期表达下调与槲皮素含量降低相关，为阐明药用成分形成机制及品质改良提供重要遗传资源。

　　

斑地锦作为中国传统蒙药和维药的重要原料，其标志性活性成分槲皮素(quercetin)具有抗病毒、抗氧化和抗肿瘤等药理活性，被《中国药典》规定为质量控制唯一指标成分。然而，这种药用植物面临两大困境：基因组数据严重匮乏导致基础研究受阻；槲皮素含量随发育阶段波动（营养期叶片最高，生殖期根部最低）的分子机制不明。这些问题直接制约着药材品质提升和标准化生产。

为破解这些难题，江西中医药大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了开创性研究。他们采用多组织发育阶段转录组测序策略，结合生物信息学分析和差异表达验证，首次系统揭示了斑地锦槲皮素生物合成的遗传基础及其发育调控规律。

研究主要运用三大关键技术：1）Illumina NovaSeq 6000平台进行多组织转录组测序，样本涵盖营养期（根VPR、茎VPS、叶VPL）和生殖期（根RPR、茎RPS、叶RPL、果RPF）；2）Trinity软件组装结合六大数据库（Nr、KEGG等）功能注释；3）DESeq2差异表达分析筛选关键基因，重点关注苯丙烷代谢(ko00940)和类黄酮合成(ko00941)通路。

转录组测序与序列组装
通过严格质控获得4.1-5.4百万条clean reads，组装出83,028个unigenes，N50达1721 bp，其中56,230个(67.72%)长度在200-1000 bp。与近缘物种比较显示，橡胶树(Hevea brasiliensis)的相似序列最多（10,146条，占21.39%），揭示了大戟科植物的进化关系。

功能注释与代谢通路
51,822个unigenes(62.42%)获得功能注释，显著高于其他大戟属植物。KEGG分析发现392个基因参与苯丙烷代谢通路(ko00940)，142个涉及类黄酮合成(ko00941)。特别值得注意的是，12个基因专司黄酮醇合成(ko00944)，为槲皮素合成研究奠定基础。

槲皮素合成候选基因
研究鉴定出8类关键酶基因：苯丙氨酸解氨酶(PAL,17个)、4-香豆酰辅酶A连接酶(4CL,16个)、查尔酮合成酶(CHS,5个)、黄酮醇合成酶(FLS,9个)等。其中ERF(172个)和MYB(118个)转录因子家族可能参与调控这些结构基因的表达。

发育阶段差异表达
比较相同组织不同发育期发现：根部(VPR vs RPR)有64个苯丙烷代谢基因下调，茎部(VPS vs RPS)29个类黄酮合成基因差异表达。关键酶基因PAL、4CL、CHS等在生殖期普遍下调，与前期发现的槲皮素含量降低趋势吻合。例如FLS基因在生殖期叶片表达量仅为营养期的1/3，直接影响了槲皮素的终产物合成。

结论与意义
该研究首次绘制了斑地锦槲皮素合成的分子图谱，揭示其含量降低与PAL、4CL等基因表达下调密切相关。发现的59个候选基因为后续基因工程改良提供靶点，而ERF/MYB等TF家族的鉴定为调控机制研究指明方向。这些成果不仅填补了大戟科药用植物基因组空白，更为中药材品质形成的"组学"研究树立了新范式。

值得注意的是，研究仍存在37.58%未注释基因，暗示斑地锦可能含有独特遗传元件。未来结合基因组测序和代谢组学，将能更完整解析其次生代谢网络。该工作为传统中药现代化研究提供了典范——通过多组学技术揭示药效物质积累规律，最终实现从经验用药到精准育种的跨越。