UV-A辐射通过整合代谢组与转录组调控生菜生物活性化合物的合成网络

本研究针对UV-A辐射如何调控生菜生物活性化合物合成的科学问题，通过整合代谢组与基因组转录组分析，系统揭示了UV-A促进苯丙烷类化合物（如酚酸、黄酮）和维生素（维生素A/E/K1/B6）积累，同时抑制倍半萜合成的分子机制。研究发现MYB和WRKY转录因子分别作为正向和负向调控的核心因子，光信号与激素信号通路通过差异调控途径影响不同代谢物合成。该研究为设施农业中UV-A的光质调控提供了理论依据，发表于《Molecular Horticulture》。

　　

生菜作为全球消费量最大的绿叶蔬菜之一，不仅富含矿物质，更含有多种具有抗炎、抗氧化和抗癌潜力的生物活性化合物。然而，在人工光型植物工厂等受控环境中栽培的生菜，由于缺乏紫外线（UV）辐射，其生物活性成分含量往往显著低于露地栽培。虽然UV-B已被证实能有效促进植物次生代谢物积累，但其对植物生长的抑制作用限制了应用。相比之下，UV-A具有更强的组织穿透性且对生物体更安全，近年来随着UV-A LED技术的突破，其在设施农业中的应用潜力备受关注。但UV-A调控生菜生物活性成分的全局代谢特征和分子机制尚不明确。

上海交通大学农业与生物学院的研究团队通过整合代谢组学和全基因组转录组分析，系统解析了UV-A辐射下生菜生物活性化合物的动态变化规律及其调控网络。研究发现UV-A能显著促进大多数苯丙烷类化合物（酚酸、黄酮）和维生素（维生素A原、维生素E/K₁/B₆）的积累，但抑制倍半萜类物质的合成。该研究首次构建了UV-A调控生菜生物活性成分合成的全局网络图谱，相关成果发表在《Molecular Horticulture》期刊。

研究人员采用LC-MS广靶代谢组学和Illumina NovaSeq 6000测序技术，对UV-A处理不同时间点（4小时至3天）的生菜叶片进行多组学分析。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选关键模块，结合启动子顺式元件预测（FIMO）和酵母单杂交（Y1H）验证，系统解析了代谢物积累与基因表达的关联规律。

主要研究结果

UV-A对生菜生物活性化合物积累的全面影响

代谢组数据显示，42种酚酸和41种黄酮中绝大多数在UV-A处理下显著上调，其中4-吡哆酸-O-葡萄糖苷含量提升达20倍。同时，类胡萝卜素（维生素A原）和叶绿素含量显著增加，与脂溶性维生素E/K₁的合成增强一致。但4种倍半萜类物质含量显著降低。转录组KEGG富集分析显示，黄酮合成、类胡萝卜素合成和维生素B₆代谢通路基因显著上调，而倍半萜和三萜合成通路基因下调。

苯丙烷类生物合成的调控网络

关键结构基因PAL、C4H、4CL和CHS、F3H等在UV-A处理4小时即显著激活。共表达网络鉴定出8个MYB、2个bHLH和2个bZIP转录因子可能参与调控，其中LsMYB4/8/111与拟南芥中调控黄酮合成的AtMYB11/12/111高度同源，LsMYB75/114则与花青素调控因子AtMYB75/90聚为一类。

维生素生物合成的关键调控因子

维生素B₆合成核心基因PDX表达量提升10倍，类胡萝卜素合成关键酶CHYB、ZEP等显著激活。筛选出的21个候选转录因子中包含7个MYB成员，其中LsMYB8和LsMYB75分别与番茄SlMYB72和蒺藜苜蓿MtWP1同源，后者已知直接调控LCYB等类胡萝卜素合成基因。

倍半萜合成抑制机制

编码母菊薁合成酶（GAS）、母菊薁氧化酶（GAO）和广木香内酯合成酶（COS）的基因表达量降至对照的12%-57%。12个WRKY转录因子被鉴定为潜在调控因子，双荧光素酶报告系统证实LsWRKY65可直接激活LsCOS1启动子。

光信号与激素信号的差异化调控

光信号核心组分HY5和PIF3与苯丙烷类、维生素合成基因显著相关，而激素信号通路（如ABA、JA）更多参与倍半萜调控。蛋白互作网络显示PIF3是连接光信号与激素信号的关键节点。

研究意义

该研究首次系统阐明了UV-A辐射通过MYB-WRKY转录因子级联调控生菜不同类别生物活性成分合成的分子机制。发现光信号直接调控苯丙烷类和维生素合成，而激素信号主导倍半萜合成的抑制，这一发现为设施农业中精准调控光质提升蔬菜营养品质提供了新策略。研究建立的代谢-转录调控网络，为生菜及其他作物的遗传改良提供了重要靶点。特别是证实UV-A在增强有益成分的同时能降低苦味物质（倍半萜内酯）含量，这对改善蔬菜感官品质具有双重意义。