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为解析山茶属花卉颜色变异的分子机制，研究人员对红花（RD）、黄花（YE）、白花（WH）山茶开展转录组与代谢组联合分析。发现不同花色中花青素、黄酮类代谢物含量差异显著，筛选出 PAL、CHS 等关键结构基因及 MYB、bHLH 等转录因子（TFs），为山茶花色育种提供理论依据。
山茶是我国传统观赏花木，其花色丰富多样却缺乏对颜色变异分子机制的深入解析。目前，关于山茶属花卉颜色形成的调控网络，尤其是关键基因与代谢物的互作关系尚不明确。阐明花色变异的分子基础，不仅能提升山茶的观赏价值，还可为园艺植物花色育种提供理论支撑。为此，重庆市园林科研院与仲恺农业工程学院的研究人员合作，针对红花山茶（Camellia amplexicaulis Cohen Stuart，RD）、黄花山茶（C. petelotii (Merr.) Sealy，YE）和白花油茶（C. oleifera Abel，WH）开展了系统研究，相关成果发表在《Plant Growth Regulation》。
研究采用转录组测序（RNA-seq）和超高效液相色谱 - 质谱 / 质谱（UPLC-MS/MS）靶向代谢组技术，结合生物信息学分析，探究不同花色山茶花瓣中基因表达与代谢物积累的关联。实验材料取自仲恺农业工程学院白云校区木本花卉资源园，分别采集三种山茶盛花期花瓣，设置三个生物学重复。
代谢物积累差异与花色表型关联
通过代谢组分析，在三种花瓣中检测到 783 种代谢物，其中 682 种为黄酮类化合物，包括黄酮醇（216 种）、黄酮（187 种）、花青素（44 种）等。红花（RD）中花青素含量最高（22.64 mmol/g），且天竺葵素、矢车菊素等衍生物富集；黄花（YE）的芹菜素、牡荆素及其衍生物，以及槲皮素衍生物含量显著高于其他花色；白花（WH）则以山奈酚及其衍生物为主。主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）显示，不同花色的代谢物轮廓差异显著，筛选出 702 个差异代谢物（DAMs），主要富集于类黄酮生物合成（ko00941）、花青素生物合成（ko00942）等通路。
转录组揭示关键结构基因与转录因子
转录组测序共获得 60.56 Gb 清洁数据，鉴定出 28,568 个差异表达基因（DEGs）。在类黄酮合成通路中，筛选出 139 个结构基因，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合成酶（CHS）、花青素合成酶（ANS）等。其中，29 个关键基因（如 PAL、4CL、CHI、CHS、ANS、ANR、LAR、CYP75B1、FLS 等）的表达模式与黄酮类代谢物积累高度相关。例如，CHS 和 ANS 在红花中高表达，与花青素合成直接相关；FLS 在白花中高表达，促进山奈酚衍生物生成。
转录因子分析显示，3,181 个 TFs 中，MYB、bHLH、bZIP、WRKY 家族在黄酮类和花青素合成通路中起关键调控作用。66 个 TFs 与总黄酮和花青素含量高度相关，如 bHLH 和 MYB 家族成员促进花青素积累，而部分 WRKY 家族成员可能抑制花青素合成。
多组学联合构建调控网络
通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和相关性分析，构建了 “结构基因 - 代谢物 - TFs” 调控网络。结果表明，结构基因通过催化黄酮类代谢物的合成路径直接影响花色，如 CHS 催化生成查尔酮，ANS 催化无色花青素转化为有色花青素；TFs 则通过调控结构基因表达间接作用，如 MYB-bHLH-WD40 复合物激活花青素合成基因。此外，YE 中特有的 C12RT1 基因与芹菜素衍生物积累正相关，WH 中的 FG3 基因与山奈酚糖苷合成相关。
研究结论与意义
本研究通过转录组与代谢组联合分析，揭示了山茶花色变异的分子机制：红花主要依赖花青素的高度积累，黄花由芹菜素、槲皮素及其衍生物主导，白花则与山奈酚衍生物相关。鉴定出的 29 个关键结构基因和 66 个 TFs，为解析花色调控网络提供了靶点。研究结果不仅丰富了山茶属植物花色形成的理论体系，也为通过基因编辑（如调控 ANS、CHS 等）或分子标记辅助育种培育新花色品种奠定了基础，对提升山茶的园艺价值和经济潜力具有重要意义。
