光调控下黄酮-脂肪酸代谢互作促进油用牡丹种子α-亚麻酸生物合成的分子机制

本研究针对强光高温胁迫抑制油用牡丹种子产量与品质的问题，通过整合代谢组与转录组分析，揭示了遮光处理通过JA信号通路和MYB/FAR1/bHLH转录因子网络，重分配乙酰-CoA前体流向，显著提升α-亚麻酸(ALA)含量并抑制黄酮合成的分子机制，为环境调控油料作物多不饱和脂肪酸(PUFAs)生产提供理论框架。

　　

油用牡丹（Paeonia ostii 'Feng Dan'）作为中国特有的木本油料作物，其种子油中α-亚麻酸(ALA)含量高达49.44%，是橄榄油的60倍。这种ω-3脂肪酸作为EPA/DHA前体，对脑健康和抗炎反应具有重要作用。然而，夏季强光(PPFD>1400 μmol·m^-2·s^-1)和高温(>30℃)会导致牡丹光合效率下降40.5%，严重影响种子灌浆期油脂积累。更关键的是，黄酮与脂肪酸生物合成共享乙酰-CoA和丙二酰-CoA前体池，两者存在底物竞争关系。此前研究发现适度遮光(保留80%全光照)可显著提升ALA含量，但其分子机制尚未阐明。

山东省聊城市临清县油用牡丹种植基地的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究中，采用黑色聚乙烯网进行遮光处理(从授粉后28天持续至收获)，通过UPLC-MS/MS和Illumina HiSeq平台对三个关键发育期(28/56/98 DAP)样本进行代谢组和转录组联合分析。技术方法包括：动态代谢物检测(706种化合物)、差异基因筛选(42,775个基因)、共表达网络构建(Pearson |r|>0.8)以及qRT-PCR验证。

研究结果揭示：
3.1 动态代谢组分析
遮光组(56S vs 56N)检测到435种差异代谢物，其中黄酮类(34.7%)和脂质(12.2%)占比最高。ALA和γ-亚麻酸(GLA)显著上调2.3倍，而黄酮前体柚皮素和查尔酮下调60%。KEGG分析显示"α-亚麻酸代谢"和"黄酮生物合成"通路富集度最高。

3.2 转录组调控网络
遮光处理诱导1,928个差异表达基因(DEGs)，脂肪酸去饱和酶基因FAD2/FAD3表达量提升3.5倍，而黄酮合成关键酶CHS/CHI下调4.2倍。GO分析发现"不饱和脂肪酸生物合成过程"和"黄酮代谢过程"显著富集。

3.3 共表达网络
关键代谢物(ALA/GLA)与转录因子MYB79465、FAR1-58850形成正调控模块，相关系数达0.89。茉莉酸(JA)含量增加2.1倍，通过激活SAD29627基因促进油酸向ALA转化。

3.4 分子机制
遮光缓解光胁迫后，ROS生成减少使黄酮抗氧化需求降低。JA信号上调促使MYB转录因子将碳流从黄酮合成转向脂肪酸途径，前体重分配效率提升38%。

这项研究首次阐明遮光通过JA-MYB模块协调黄酮与脂肪酸代谢互作的具体机制，为通过环境调控提高油料作物营养价值提供了分子育种靶点。实践上，18.4%遮光处理的简易农艺措施可使牡丹籽油ALA产量提高60%，为开发植物源ω-3脂肪酸替代鱼油开辟新途径。理论方面，建立的"光信号-转录调控-代谢流重分配"模型适用于其他油料作物品质改良。