多组学联合解析莼菜黏液消失的分子机制：代谢组-转录组-蛋白质组整合研究

本研究针对莼菜(Brasenia schreberi)工业开发中黏液消失的关键问题，通过代谢组(UPLC-MS/MS)、转录组(RNA-seq)和蛋白质组(4D-DIA)多组学技术，鉴定出1155个差异代谢物(DAMs)、22610个差异基因(DEGs)和7234个差异蛋白(DEPs)，揭示MYB5、MUCI70等关键基因及核糖体、光合作用等通路在黏液动态调控中的作用，为莼菜资源开发提供分子靶点。

　　

莼菜这种古老的水生植物，因其叶片表面包裹的透明黏液而备受关注。这种黏液富含多糖、酚酸和类黄酮等活性成分，不仅赋予莼菜独特的口感，更在抗炎、抗氧化和降血糖等方面展现出巨大应用价值。然而令人困扰的是，随着叶片老化，这层珍贵的黏液会逐渐消失，严重制约了莼菜的产业化开发。究竟是什么机制在调控黏液的神秘消失？这个谜题一直困扰着科研人员。

南昌师范学院的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的最新研究，首次采用代谢组、转录组和蛋白质组三组学联用策略，对年轻黏液丰富叶片(Bra-m)和年老黏液稀少叶片(Bra-e)进行系统分析。研究通过超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测代谢物，RNA测序分析基因表达，4D数据非依赖采集蛋白质组技术(4D-DIA)解析蛋白质动态，结合生物信息学方法揭示了黏液消失的分子网络。样本来自江西鹰潭龙虎山的标准化种植基地，确保实验材料的均一性。

代谢组学分析发现，黏液中含有1539种代谢物，其中黄酮类(16.83%)和酚酸(12.02%)最为丰富。比较Bra-m和Bra-e组鉴定出1155个DAMs，表儿茶素和原花青素相关代谢物在Bra-m中显著富集，而山奈酚和槲皮素衍生物则在Bra-e中上调，这些物质可作为黏液状态的生物标志物。KEGG分析显示，黄酮生物合成通路发生显著改变。

转录组测序揭示22610个DEGs，功能注释发现细胞壁多糖代谢过程相关基因在Bra-m中高表达，包括木葡聚糖内转糖基酶(XET)和木聚糖酶基因家族成员。特别值得注意的是，黏液合成关键调控因子MYB5、糖基转移酶MUCI70、阿拉伯半乳糖蛋白FLA4和UDP-糖醛酸转运体UUAT1在Bra-m中显著上调，这些基因可能通过调控果胶和半纤维素合成影响黏液分泌。

蛋白质组数据鉴定出7234个DEPs，Bra-m组中核糖体组装、蛋白质折叠和内质网-高尔基体运输相关蛋白显著富集，暗示黏液积累需要旺盛的蛋白质合成能力。整合分析发现转录组和蛋白质组在核糖体、光合作用和DNA复制等通路上具有中度相关性(r=0.50)，其中DNA复制通路基因在Bra-m中普遍上调，而光合作用相关基因在Bra-e中更活跃。

这项研究首次绘制了莼菜黏液动态变化的分子图谱，不仅发现表儿茶素等代谢标志物，更鉴定出MYB5-MUCI70-FLA4-UUAT1调控网络。这些发现为解析黏液消失机制提供了系统视角：年轻叶片通过激活细胞壁多糖代谢、增强蛋白质合成能力和维持DNA复制活性来促进黏液积累，而年老叶片则转向光合作用为主的能量代谢模式。研究提出的"代谢-基因-蛋白"协同调控模型，为莼菜品种改良和黏液成分的定向开发奠定了理论基础，对推动这种传统水生植物向功能食品和药用领域转化具有重要意义。