《Scientia Horticulturae》：Integrated analysis identifies antioxidant-associated phytochemicals and candidate flavonoid co-expression networks in
Iris sanguinea flowers
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专业术语翻译（摘要部分）
摘要
鸢尾属（Iris L.）包含约300个物种，其中许多物种因其多样的花色和观赏特性而具有重要价值。然而，关于溪荪（Iris sanguinea）花朵的抗氧化特性及其相关植物化学物质基础的研究仍然有限。本研究整合了先前发表的广靶向代
专业术语翻译（摘要部分）
摘要
鸢尾属（Iris L.）包含约300个物种，其中许多物种因其多样的花色和观赏特性而具有重要价值。然而，关于溪荪（Iris sanguinea）花朵的抗氧化特性及其相关植物化学物质基础的研究仍然有限。本研究整合了先前发表的广靶向代谢组学（broad-targeted metabolomics）和转录组学（transcriptomics）数据集，并新测定了五种不同花色材料（ISA、JO、DLQL、IS和QHZ）的DPPH、ABTS和FRAP抗氧化活性以及总黄酮含量（TFC）、总酚含量（TPC）和总原花青素含量（TPAC）。研究结果表明，IS在所有三种抗氧化测定中均表现出最强的综合抗氧化性能。通过斯皮尔曼等级相关分析（Spearman rank correlation）和加权基因共表达网络分析（WGCNA）的整合筛选，研究人员鉴定了八种高置信度抗氧化相关代谢物，包括五种黄酮类化合物和三种酚酸类化合物。靶向定量分析显示，斯皮诺素（spinosin）是IS花朵中含量最丰富的黄酮类化合物，含量达到2718.25 ± 36.50 μg g-1 DW。进一步的基因-代谢物关联分析确定了与五种关键抗氧化黄酮相关的13个结构基因和82个核心候选转录因子（TFs）。这些发现为溪荪花卉资源的抗氧化相关园艺品质评价和潜在增值利用提供了植物化学和分子基础。
论文解读文章
研究背景与科学问题
鸢尾属植物包含约300个物种，许多物种因其丰富的花色和观赏特性而被广泛栽培。溪荪（Iris sanguinea）是原产于东北亚的西伯利亚鸢尾系列中的多年生物种，其花朵色彩丰富，具有重要的园艺价值。尽管已有研究对多种鸢尾属植物的花朵植物化学组成和生物活性进行了评估，例如I. japonica、I. tectorum和I. pseudacorus等物种在中国被研究，而I. persica和I. caucasica在土耳其有传统用途的记录，但针对溪荪花朵自身的抗氧化特性及其主要相关植物化学物质的基础信息仍然十分有限。即使是自然存在的蓝紫色花溪荪和白色花溪荪变型（I. sanguinea f. albiflora），其花朵抗氧化能力及与此活性相关的主要植物化学物质也缺乏系统研究。此外，不同花色材料间抗氧化能力差异及其代谢基础的比较研究更为匮乏。因此，开展溪荪不同花色材料花朵抗氧化特性及其分子基础的系统研究，对于评估其园艺品质和潜在增值利用价值具有重要意义。
研究内容与总体结论
研究人员选取了两个自然存在的材料——蓝紫色花的IS和白色花的ISA，以及从杂交后代中选育的三个代表性花色材料JO、DLQL和QHZ，这五种材料共同代表了当前溪荪育种群体中主要的花色变异类型，包括白色、浅粉/紫色、蓝紫色和紫红色等表型。研究将先前发表的广靶向代谢组学和转录组学数据集从抗氧化导向的角度进行了重新分析，并与新测定的DPPH、ABTS和FRAP抗氧化活性以及总黄酮、总酚和总原花青素含量数据进行了整合。研究还针对IS进行了130种黄酮类化合物的靶向绝对定量，并筛选了与关键抗氧化黄酮相关的候选结构基因和转录因子。研究结果表明，IS在三种抗氧化测定中均表现出最强的综合抗氧化性能，且不同材料间的抗氧化能力变异与总黄酮和总酚含量更为密切相关，而非总花青素或总原花青素含量。研究鉴定出八种高置信度抗氧化相关代谢物，并发现斯皮诺素是IS花朵中含量最丰富的黄酮类化合物。此外，研究还构建了关键抗氧化黄酮、结构基因和转录因子之间的共表达网络，为后续功能验证提供了候选分子框架。
主要关键技术方法
研究人员使用了多种关键技术方法。植物材料在哈尔滨东北林业大学户外苗圃统一田间管理条件下栽培，于2021年6月在着色闭合花蕾期采集花被片组织，每个材料设置三个生物学重复，每个重复由从三株独立植株采集的15个花蕾的花被片混合而成。研究采用分光光度法测定了总黄酮含量、总酚含量和总原花青素含量，并分别采用DPPH、ABTS和FRAP三种方法测定了抗氧化能力。代谢组学分析使用了先前发表的广靶向代谢组学数据集，该数据集包含1030种代谢物。转录组学分析使用了先前发表的RNA-seq数据集。此外，研究利用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术对IS花蕾中的130种黄酮类化合物进行了靶向绝对定量分析，所有130种化合物均使用对应的标准品进行鉴定和校准。在数据分析方面，研究采用了斯皮尔曼等级相关分析、加权基因共表达网络分析以及Benjamini-Hochberg多重检验校正等方法。
研究结果
五种不同花色溪荪花朵的抗氧化能力和生物活性成分：研究人员通过DPPH、ABTS和FRAP三种方法评估了溪荪花朵的抗氧化活性。结果显示，IS在三种测定中均表现出最高的平均值，因此综合抗氧化性能最强。总黄酮含量和总酚含量在ISA中最高，而总原花青素含量在JO中最高。相关分析表明，总黄酮含量与三种抗氧化指标均显著正相关，总酚含量与DPPH和FRAP显著正相关，而总花青素含量与三种抗氧化指标呈弱负相关但不显著，总原花青素含量与DPPH和ABTS显著负相关。这些结果表明，五种材料间抗氧化能力的变异与总黄酮和总酚含量的关系比与总花青素或总原花青素含量的关系更为密切。
五种不同花色溪荪花朵的代谢组学分析：先前发表的广靶向代谢组学数据集包含1030种代谢物，分为11个类别，其中黄酮类335种、酚酸类170种、脂质101种等。层次聚类分析根据代谢物谱将五种材料分开。以IS为参考进行四组两两比较，共鉴定出806种差异积累代谢物。KEGG富集分析显示，这些差异代谢物富集于多个次生代谢途径，包括黄酮和黄酮醇生物合成、黄酮类生物合成、异黄酮生物合成、花青素生物合成等途径。
抗氧化相关代谢物的鉴定和靶向黄酮定量：研究人员对806种差异积累代谢物与三种抗氧化指标进行了斯皮尔曼等级相关分析，鉴定出12种与所有三种抗氧化指标均呈正相关的代谢物。WGCNA分析确定了与三种抗氧化性状正相关的黑色和棕色模块，包含150种潜在抗氧化相关代谢物。两种方法的交集产生了八种共同代谢物，包括五种黄酮类化合物和三种酚酸类化合物，所有八种代谢物均在IS中表现出最高的平均相对丰度。靶向UPLC-MS/MS定量分析在IS花蕾中定量了130种黄酮类化合物，其中斯皮诺素、芹菜素-6,8-二-C-葡萄糖苷（牡荆素-2）和芹菜素-8-C-葡萄糖苷（牡荆素）是含量最高的三种，浓度分别为2718.25 ± 36.50、469.72 ± 7.63和223.90 ± 13.10 μg g-1 DW。
五种不同花色溪荪花朵的转录组学分析：以IS为参考的转录组比较分析显示，ISA vs IS、QHZ vs IS、DLQL vs IS和JO vs IS比较组中分别有12,546、10,882、11,854和12,628个基因显著下调。维恩图分析鉴定出5706个共同差异表达基因。KEGG富集分析显示黄酮类生物合成途径多次富集，这与差异代谢物的KEGG富集分析结果一致。
与溪荪花朵抗氧化活性相关的转录因子：研究人员使用iTAK预测了五种材料中的转录因子，保留了724个差异表达转录因子，代表81个转录因子家族。斯皮尔曼等级相关分析鉴定出20个显著的转录因子-DPPH关联和16个显著的转录因子-ABTS关联，涉及34个来自22个家族的独特转录因子，但未发现与FRAP活性显著相关的转录因子。
五种不同花色溪荪材料中的黄酮途径分析：与IS相比，298种差异积累黄酮被分为九个主要类别。KEGG途径分析显示黄酮类生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成以及异黄酮生物合成途径被重复富集。41种差异积累黄酮代谢物被映射到这些途径中，其中五种黄酮——麦黄酮-7-O-新橙皮苷、槲皮素-3-O-芸香糖苷（芦丁）、芹菜素-6-C-(2′′-葡萄糖基)阿拉伯糖苷、染料木素-7-O-葡萄糖苷（金雀异黄苷）和槐花糖苷——是八种高置信度抗氧化相关代谢物中保留的五种黄酮。
与关键抗氧化黄酮积累相关的候选结构基因和转录因子：研究人员对五种关键抗氧化黄酮和67个黄酮途径差异表达基因进行了斯皮尔曼等级相关分析，鉴定出22个显著的基因-黄酮关联，涉及13个结构基因，包括注释为DFR、F3′H、LAR、FG3、CHI、HCT、FLS、ANR、CCoAOMT和HIDH的转录本。对724个差异表达转录因子与五种关键黄酮和13个保留结构基因的关联分析鉴定出82个核心候选转录因子，属于39个转录因子家族。完整的整合网络包含477个显著关联。RT-qPCR验证了三个代表性结构基因和三个候选转录因子的表达模式，其结果与对应的RNA-seq表达谱总体一致。
讨论与结论
在讨论部分，研究人员指出DPPH、ABTS和FRAP测定方法反映了不同的化学特性，因此不同植物化学物质在不同测定中可能表现出不同的响应模式。IS在三种测定中均表现出最高的平均值，因此综合抗氧化性能最强。总黄酮和总酚含量与抗氧化能力正相关，而总花青素和总原花青素含量与抗氧化能力的相关性较弱或为负，这表明非花青素黄酮和其他酚类化合物对五种材料间的差异贡献更大。八种高置信度抗氧化相关代谢物的协同积累表明，IS相对较高的抗氧化能力可能源于多种酚类成分的联合贡献。斯皮诺素作为IS中含量最丰富的黄酮类化合物，虽然未在跨材料关联分析中被保留为高置信度抗氧化相关代谢物，但其极高的丰度和已报道的活性氧调节生物活性使其成为值得关注的候选化合物。研究还讨论了候选结构基因和转录因子在黄酮代谢调控中的潜在作用，并指出了研究的局限性，包括单一发育阶段取样、样本量有限等，为未来研究提供了方向。
研究结论指出，本研究整合了新测定的抗氧化和生化性状与先前发表的代谢组学和转录组学数据集的重新分析，表征了五种溪荪花色材料间的抗氧化相关变异。IS表现出最强的综合抗氧化性能，且材料间的变异与总黄酮和总酚含量的关系比与总花青素或总原花青素含量的关系更为密切。相关分析和WGCNA共同鉴定了八种高置信度抗氧化相关代谢物，表明几种非花青素黄酮和酚类化合物可能共同贡献于观察到的抗氧化差异。靶向定量鉴定出斯皮诺素是IS中含量最丰富的黄酮类化合物。研究还优先筛选了与五种关键抗氧化黄酮相关的13个候选结构基因和82个核心候选转录因子，为后续功能验证提供了候选分子框架。这些发现为溪荪花卉资源的抗氧化相关园艺品质评价和进一步利用提供了植物化学和分子基础。
