洪水胁迫下藜麦幼苗黄酮类化合物积累机制的转录组与代谢组联合分析

本研究针对藜麦幼苗在淹水胁迫下黄酮类化合物积累机制不明的问题，通过联合代谢组（UPLC-MS/MS）和转录组（RNA-seq）分析，结合WGCNA网络构建，揭示了CHS、F3H、FLS等关键基因及MYB、NF-YC转录因子协同调控黄酮合成的分子机制。研究为培育耐涝藜麦品种提供了理论依据和遗传资源，成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）作为营养丰富的伪谷物，其幼苗期常因涝渍胁迫导致生长受阻甚至死亡。尽管黄酮类化合物（Flavonoids）在植物非生物胁迫响应中的抗氧化作用已被广泛认知，但关于藜麦幼苗在淹水条件下黄酮积累的调控机制仍属空白。云南农业大学的研究团队通过多组学联合分析，首次系统阐明了这一过程的分子机制。

研究采用耐涝品种"滇藜-STZH"和敏感品种"滇藜-60""云彩藜-2"为材料，在240小时淹水处理后，利用UPLC-MS/MS检测到173种黄酮代谢物，以黄酮醇（Flavonols）和黄酮（Flavonoid）为主。转录组测序筛选出474个黄酮合成相关基因，通过WGCNA构建基因共表达网络，结合RT-qPCR验证，揭示了关键调控通路。

主要技术方法

1. 代谢组学：UPLC-MS/MS定量分析黄酮代谢物，KEGG注释代谢通路；
2. 转录组学：Illumina HiSeq平台测序，DESeq2筛选差异基因；
3. 联合分析：KEGG映射基因-代谢物关联网络，WGCNA挖掘核心模块；
4. 实验验证：RT-qPCR检测关键基因表达，内参基因TUB-6。

研究结果

黄酮含量变化
耐涝品种"滇藜-STZH"总黄酮含量显著高于敏感品种（图1），表明黄酮积累与抗涝性正相关。

代谢物差异分析
173种黄酮代谢物中，耐涝材料TR1特异性积累二氢黄酮醇（Dihydroflavonol）等5种代谢物（图3F）。K-means聚类显示Sub Class3中黄酮在TR1积累最显著（图3G）。

基因-代谢物调控网络
22个基因调控11种酶和13种代谢物（图6A）：

• CHS（Chalcone synthase）上调促进圣草酚（Eriodictyol）合成；
• F3H（Flavanone 3-hydroxylase）驱动松属素（Pinobaksin）积累；
• FLS（Flavonol synthase）差异表达导致山奈酚（Kaempferol）代谢分化。

转录因子鉴定
WGCNA筛选的紫色模块（Purple）与黄酮合成高度相关（r>0.7），核心基因包含：

• MYB相关：LOC110733400调控黄酮合成；
• NF-YC：LOC110736970可能参与胁迫响应（图7B）。

结论与意义
研究首次阐明藜麦通过CHS-F3H-FLS通路协同MYB/NF-YC转录因子增强黄酮合成，从而清除淹水诱导的ROS（活性氧）。该发现为：

1. 解析植物耐涝机制提供了新视角；
2. 培育抗逆藜麦品种标记基因；
3. 黄酮生物合成调控网络补充了次级代谢理论。

研究通过多组学整合策略，将形态生理响应与分子调控网络关联，为作物抗逆育种提供了可借鉴的研究范式。