基于全长转录组与生理学方法揭示温度对苍术挥发油含量动态变化的调控机制

为解决温度波动对药用植物苍术(Atractylodes lancea)挥发油活性成分积累的影响机制问题，研究人员通过全长转录组测序(SMRT)结合生理指标测定，系统分析了28-40℃温度梯度下β-桉叶醇(β-eudesmol)和苍术素(atractylodin)的合成规律。研究发现34℃处理4天可显著提升茎部苍术素含量，而28℃有利于β-桉叶醇积累，同时鉴定出23个参与倍半萜生物合成的温度响应基因。该研究为优化苍术栽培条件提供了分子依据，对保障中药材质量具有重要意义。

　　

在传统中医药体系中，苍术(Atractylodes lancea (Thunb.) DC.)作为菊科多年生草本植物，其干燥根茎因富含挥发油成分而被广泛应用于抗炎、抗菌和胃肠功能调节。现代药理学研究证实，其主要活性成分β-桉叶醇(β-eudesmol)和苍术素(atractylodin)分别具有双向调节胃肠动力和抗肿瘤等药理活性。然而随着全球气候变化加剧，温度波动对药用植物次生代谢产物的影响日益凸显。目前《中国药典》虽规定了苍术素的含量标准，但环境因子如何调控这些活性成分的合成仍存在认知空白，这直接制约了中药材规范化种植和质量控制。

针对这一科学问题，华中农业大学联合中联药业的研究团队在《Plant Growth Regulation》发表了创新性研究成果。该研究采用全长转录组测序(PacBio SMRT)结合高效液相色谱(HPLC)分析技术，系统考察了28℃(常温)、34℃(高温)和40℃(极端高温)处理2-6天后苍术不同组织的生理响应和代谢变化。通过Li-6800光合测定仪获取光合参数，同时测定丙二醛(MDA)含量等氧化应激指标，并利用生物信息学工具对差异表达基因(DEGs)进行KEGG通路富集分析。

温度对挥发油含量的影响
研究发现β-桉叶醇在根茎中的积累呈现明显温度依赖性：28℃处理2天时含量最高(1.8 mg/g)，而40℃处理6天时降至0.4 mg/g。相反，苍术素在茎部34℃处理4天出现峰值(2.5 mg/g)，表明不同化合物具有差异化的温度响应模式。

生理指标变化规律
光合速率在28℃时保持最高水平(12 μmol/m²/s)，40℃处理导致指标下降40%。值得注意的是，34℃处理下气孔导度(gs)和蒸腾速率(E)呈现先升后降趋势，暗示植物存在短期适应性调节机制。

氧化应激响应
MDA含量在40℃处理6天时达到峰值(8.5 nmol/g)，较28℃组增加2.3倍，证实高温诱导了脂质过氧化损伤。类胡萝卜素(Car)含量在34℃处理6天时显著提升，可能是重要的光保护机制。

转录组调控网络
通过SMRT测序获得324,136条高质量全长转录本(平均长度1546 bp)，鉴定出DXR(1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶)和HMGR(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)等23个倍半萜合成关键酶基因。这些基因在28℃表达量最高，与β-桉叶醇积累趋势一致，而34℃特异性上调的CYP71D55(蒎烯合成酶)可能与苍术素合成相关。

该研究首次构建了温度-基因-代谢物的多维调控网络，揭示28℃有利于甲羟戊酸途径(MVA)基因表达，而34℃可能通过激活特定细胞色素P450酶促进苍术素合成。这些发现不仅为苍术的生态种植提供了精确的温度调控参数，更重要的是建立了环境因子影响药材品质的分子评价体系。从实践角度，研究建议在采收前4天采用34℃短期处理可提升茎部苍术素产量，而根茎类药材宜在28℃环境下培育。该成果为应对气候变化背景下中药材质量控制提供了创新性的解决方案。