光诱导山药花青素生物合成的代谢组与转录组解析及关键转录因子鉴定

为解决山药花青素合成调控机制不明的问题，广东农业科学院团队通过代谢组与转录组联合分析，揭示光信号通过激活MYB/WRKY转录因子（Dioal.09G044700等）上调氰啶糖苷和原花青素合成通路（PAL/DFR/3MaT1等结构基因），为高花青素品种选育提供分子靶点。该研究发表于《BMC Plant Biology》。

　　

紫色山药因其富含具有抗氧化、抗炎等健康功效的花青素而备受关注，但光照如何调控其生物合成的分子机制尚不明确。目前市场上高花青素品种稀缺，传统育种缺乏有效分子标记，制约了功能型山药产品的开发。广东农业科学院张佩佩团队选择"徐闻"（紫皮）和"陆河"（白皮）两个表型差异显著的山药品种，通过田间光照干预实验，结合多组学技术揭示了光诱导花青素合成的关键通路和调控因子。

研究采用靶向代谢组检测63种花青素衍生物，非靶代谢组分析15115种代谢物，结合转录组测序（NCBI登录号PRJNA1203071）和RT-qPCR验证。通过比较自然光照（Xuwen-L）、遮光（Xuwen）和白皮品种（Luhe）的代谢差异，锁定核心代谢物与基因模块。

Anthocyanin content was simultaneously influenced by genetic and light factors
表型分析发现"徐闻"茎叶和块根呈现显著紫色，光照组（Xuwen-L）花青素含量较遮光组提高2.1倍（P<0.001），证实遗传背景和光信号共同调控花青素积累。

Cyanidin glycosides and procyanidins were the main substances affected by genetic and light factors
靶向代谢组鉴定出23种差异代谢物，其中氰啶-3-O-(芥子酰)槐糖苷（cyanidin-3-O-(sinapoyl)sophoroside）和原花青素B1（procyanidin B1）等5种化合物受光和品种双重影响最显著（P<0.05），PCA分析显示光照解释86.6%的代谢变异。

The upstream biosynthesis pathway of anthocyanins was influenced by light in Yam
非靶代谢组发现68个共有差异物，涉及苯丙烷（phenylpropanoid）和类黄酮（flavonoid）合成通路。光照显著上调肉桂酸（trans-Cinnamate）和槲皮素（quercetin）含量，同时抑制柚皮素（naringenin）积累，表明光通过调控上游前体物质影响花青素合成。

MYB and WRKY may be major candidate genes in yam response to light and regulation of anthocyanins biosynthesis
转录组分析筛选出21个光响应转录因子，其中MYB（Dioal.09G044700）和WRKY（Dioal.20G040900）与花青素结构基因（PAL/DFR/3MaT1）表达高度相关（r>0.9）。这些TF在光照组表达量较白皮品种提升4-8倍。

The four TFs and most structural genes involved in anthocyanin biosynthesis were induced by light
RT-qPCR验证显示，光信号通过激活MYB44和WRKY51，协同上调苯丙氨酸解氨酶（PAL）、二氢黄酮醇还原酶（DFR）等结构基因表达，而竞争通路基因I2'H被抑制，形成级联调控网络。

该研究首次系统解析了山药花青素合成的光调控机制，发现MYB44-WRKY51模块是关键调控开关。通过人工调控这些靶点，可培育高花青素品种，为功能性山药产品开发提供分子育种工具。研究建立的"光照-转录因子-代谢物"关联模型，对其他块茎作物的品质改良具有借鉴意义。论文提出的氰啶糖苷生物标记物，可直接用于田间品种筛选，推动山药产业向高附加值方向发展。