基于转录组学揭示水杨酸诱导指甲花次生代谢产物积累增强的分子机制

《Scientific Reports》：De novo transcriptome analysis reveals the effects of abiotic and biotic elicitation on naphthoquinone and flavonoid production in Lawsonia inermis L

摘要

Lawsonia inermis L.（指甲花）是一种具有重要药用价值和商业价值的植物，占印度药用植物出口量的9%。随着其主要植物化学物质（ Lawsone，即海娜素）需求的日益增长，仅靠传统种植方式难以满足供应。尽管通过诱导处理可以促进植物化学物质的积累，但由于缺乏参考基因组，人们对诱导产生次生代谢产物增强的潜在分子机制仍缺乏了解。本研究将诱导处理与转录组学相结合，以揭示Lawsone、芦丁（rutin）和山奈酚（kaempferol）积累增强的机制。水杨酸（50 μM）是最有效的非生物诱导因子，其次是酵母提取物（生物诱导因子），均能有效提高次生代谢产物的含量。体外培养植株经水杨酸（50 μM）处理后，Lawsone、芦丁和山奈酚的积累量比对照组提高1至2倍，次生代谢产物总体积累量提高5至10倍。转录组组装共获得23,648个非冗余基因集（unigenes）。进一步分析发现，水杨酸处理显著上调了苯丙烷类、黄酮类、萜类和Lawsone生物合成途径中的相关基因。RT-qPCR结果表明，负责次生代谢产物增强的PAL、CHS、HST、COQ4、FQRL、MenE、MenB和MenD基因表达水平显著上调。综上所述，这些发现揭示了诱导剂驱动的次生代谢产物生产机制，为今后针对这些植物化学物质进行分子操控和可持续工业化生产奠定了基础。