花生种皮黄酮类代谢组与转录组整合分析揭示其对抗氧化活性及黄曲霉抗性的调控机制

本研究针对花生采后易受黄曲霉（Aspergillus flavus）侵染导致黄曲霉毒素污染的产业难题，通过整合代谢组与转录组技术，系统解析了不同颜色花生种皮中黄酮类物质与抗性及抗氧化活性的关联。研究发现黑色种皮中花青素（如cyanidin-3-O-sophoroside）含量最高（10.83 mg/g），其最小抑菌浓度（MIC）达50 μg/mL，显著抑制黄曲霉生长；同时鉴定出4CL、CHS等关键基因及MYB-bHLH-WD40调控网络。该成果为抗病育种和花生副产物高值化利用提供了新靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

花生作为全球重要的油料作物，其营养丰富的特性却成为黄曲霉（Aspergillus flavus）侵染的“软肋”。这种真菌产生的黄曲霉毒素B₁（AFB₁）是强致癌物，导致花生采后储存和市场流通严重受限。尽管前人发现种皮是抵御黄曲霉的首道防线，但其中关键抗性物质——尤其是赋予种皮多彩颜色的黄酮类化合物——如何发挥作用仍是一道未解之谜。

为破解这一难题，Zhao Xuejie团队选取白、黄、粉、红、黑5种颜色花生种皮，通过多组学联用展开深度解析。研究发现黑色种皮提取物对黄曲霉抑制率高达72.9%，显著优于其他颜色，其DPPH和ABTS自由基清除能力分别达27.692 μmol Vc/g和114.28 μmol Vc/g，揭示颜色深度与抗性正相关。

研究采用三大关键技术：

1. 1.

   基于UHPLC-Q-Orbitrap HRMS的非靶向代谢组学鉴定1,314种代谢物

2. 2.

   体外抑菌实验测定最小抑制浓度（MIC）

3. 3.

   WGCNA共表达网络分析34,453个基因与代谢物关联

关键结果

1. 种皮颜色与抗性关联

通过色差仪量化发现，亮度值（L）与抗氧化活性呈显著负相关（P<0.001），而红色值（a）与抗性正相关（P<0.05）。黑色种皮中花青素cyanidin-3-O-sophoroside含量最高（10.83 mg/g），其50 μg/mL即可完全抑制黄曲霉生长。

2. 黄酮类代谢特征

Mfuzz聚类筛选出70个核心代谢物，其中44.29%为黄酮类，包括花青素（22.58%）、查尔酮（12.90%）等。KEGG分析显示这些物质富集于花青素合成（ko00942）和苯丙烷代谢（ko00940）通路。

3. 分子调控机制

WGCNA鉴定出粉色模块（含CHS、F3H等5个基因）和黄色模块（含4CL等14个基因）与花青素积累强相关（r>0.8）。黑色种皮中结构基因CHS（Ah6J3HHE）、UFGT（AhENIS4M）及转录因子TT2（AhA2IWKV）、bHLH（AhMP3D3D）表达量显著上调，驱动花青素合成。

结论与意义

该研究首次揭示花生种皮颜色、黄酮代谢与黄曲霉抗性的三重关联：

1. 1.

   花青素cyanidin-3-O-sophoroside是天然抑菌剂，MIC值达工业应用潜力

2. 2.

   MYB-bHLH-WD40复合体调控的结构基因模块决定抗性差异

3. 3.

   为培育抗黄曲霉花生品种提供了分子标记（如AhENIS4M糖基化基因）

这项发表于《BMC Plant Biology》的研究，不仅破解了“深色种皮更抗病”的传统经验背后的科学原理，更为开发基于花青素的天然防腐剂和功能性食品原料提供了理论支撑。未来通过编辑AhK8H9R8等关键基因，有望培育出“自带防腐”的新品种，从根本上降低黄曲霉毒素风险。