**整合代谢组与转录组解析栽培金银花苯丙烷及黄酮生物合成机制**

《Industrial Crops and Products》：Integrated metabolomic and transcriptomic analyses reveal the phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis mechanisms in cultivated Lonicera japonica Thunb

　　

金银花（Lonicerae Japonicae Flos, LJF）在中国俗称“Jinyinhua”，是忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的干燥花蕾或初开花，被认定为药食两用资源。本研究首次在甘肃省引入多个金银花品种，系统测定了不同品种中绿原酸（chlorogenic acid）、总酚酸（total phenolic acid）和木犀草苷（luteoloside）的含量；并采用非靶向代谢组学与转录组学整合分析，鉴定了差异积累代谢物（differentially accumulated metabolites, DAMs）和差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）。结果表明，花金6号（Huajin 6）和北花1号（Beihua 1）的绿原酸与总酚酸含量显著高于其他品种，同时其木犀草苷积累模式与黄酮合酶II（flavone synthase II, FNSII）基因表达呈正相关。整合代谢组与转录组分析构建了金银花苯丙烷与黄酮生物合成的基因-代谢物调控网络，揭示了品种间活性成分差异的分子基础，为甘肃产区金银花品种筛选与质量调控提供了理论依据。

**论文解读文章**

金银花（Lonicerae Japonicae Flos, LJF）作为我国传统药食两用植物，其干燥花蕾或初开花广泛用于治疗咳嗽、发热、咽喉肿痛及流感等疾病。金银花含有有机酸、黄酮类、环烯醚萜类、皂苷等多种活性成分，其中绿原酸（chlorogenic acid）、总酚酸（total phenolic acid）和木犀草苷（luteoloside）被《中国药典》2025年版列为主要质量控制指标。然而，我国金银花种质资源丰富，不同品种在形态特征与化学成分上存在显著差异，但品种间表型性状与生物活性成分协同变化的规律尚未在多品种比较研究中得到系统解析。此外，金银花传统产区集中于河南、山东等地，随着栽培区域向甘肃、四川等新产区扩展，不同生态条件下品种活性成分积累的稳定性与调控机制仍需深入研究。因此，本研究旨在通过整合代谢组学与转录组学方法，揭示甘肃引种金银花品种间苯丙烷和黄酮类活性成分差异的分子调控网络，为优良品种筛选和药材质量控制提供科学依据。

研究人员在甘肃省通渭县（海拔1650–2000 m）田间试验基地，于2023年4月初引种了11个金银花主栽品种，包括金花3号（Jinhua 3, J）、丰花1号（Fenghua 1, F）、四季花（Sijihua, S）、北花1号（Beihua 1, B）、玉花1号（Yuhua 1, R）、大毛花（Damaohua, D）、黄白花（Huangbaihua, A）、花金6号（Huajin 6, H）、玉金2号（Yujin 2, X）、玉金1号（Yujin 1, Y）和玉金3号（Yujin 3, Z）。在大白期采集花样品，用于高效液相色谱（high performance liquid chromatography, HPLC）含量测定、非靶向代谢组学分析、转录组测序（RNA-seq）以及实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）验证。

HPLC测定结果显示，11个品种的绿原酸、总酚酸和木犀草苷含量存在显著差异。北花1号（5.85%±0.32%）和花金6号（5.53%±0.61%）的绿原酸含量显著高于其他品种，大毛花（4.01%±0.43%）和玉金3号（4.06%±0.5%）最低；总酚酸含量在北花1号（7.65%±0.5%）、金花3号（7.67%±0.48%）和花金6号（7.37%±0.58%）中相对较高；玉金2号的木犀草苷含量最高（0.24%±0.01%），玉花1号最低（0.11%±0.01%）。

非靶向代谢组学采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（ultra performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry, UPLC-QTOF-MS/MS），在负离子模式下共鉴定出103种代谢物，包括32种黄酮类、26种有机酸、34种环烯醚萜类、6种皂苷等。主成分分析（principal component analysis, PCA）显示不同品种具有明显代谢特征，玉金2号因花蕾紫红色等独特表型偏离置信区间。基于正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA），以花金6号为对照进行两两比较，共筛选出47种差异积累代谢物（differentially accumulated metabolites, DAMs），包括9种有机酸、19种黄酮类、17种环烯醚萜类、1种皂苷和1种木脂素。其中，花金6号和北花1号显著积累圣草酚-7-O-葡萄糖苷、木犀草苷、芹菜素-7-O-葡萄糖苷等黄酮类成分；玉金1号、四季花和金花3号则表现出不同的代谢积累模式。

转录组分析采用MGI测序平台，对花金6号、北花1号、大毛花、金花3号、玉金1号和四季花6个代表性品种开展，共获得169.79 GB clean data，Q30碱基比例超过98%，比对到金银花参考基因组的比例为93.83%，共鉴定出38048个表达基因。以花金6号为对照，在五个比较组中共检测到318至6549个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），其中148个DEGs为所有比较组共有。京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）富集分析显示，DEGs显著富集在苯丙烷生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）、黄酮生物合成（flavonoid biosynthesis）、植物次生代谢产物生物合成以及淀粉和蔗糖代谢等通路。基因本体论（Gene Ontology, GO）富集分析表明，差异表达基因主要参与代谢过程、次生代谢物生物合成过程以及苯丙烷代谢过程等生物学过程。

整合代谢组与转录组分析发现，共有11种DAMs和41个DEGs同时富集在苯丙烷和黄酮生物合成通路中。研究表明，HCT（hydroxycinnamoyl-CoA:quinate hydroxycinnamoyltransferase）、C3′H（p-coumaroyl shikimate/quinate 3′-hydroxylase）和HQT（hydroxycinnamoyl-CoA:quinate hydroxycinnamoyltransferase）的表达水平与异绿原酸A的积累呈正相关；花金6号和北花1号中HCT、C3′H和HQT的低表达可能减少了绿原酸向下游二咖啡酰奎尼酸衍生物的转化，从而导致中间产物绿原酸积累。木犀草苷的积累与FNSII（flavone synthase II）基因表达一致，推测FNSII（Lj2A1050G29）是木犀草苷合成的关键酶基因。此外，FLS（flavonol synthase）和F3′H（flavonoid-3′-hydroxylase）的高表达为山奈酚-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-3-O-葡萄糖苷的积累提供了充足底物，F3GT（flavonol-3-O-glucoside glucosyltransferase）可能主要介导黄酮醇糖苷的合成。qRT-PCR验证了PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、HCT、C3′H、F3H和F3′H共9个基因的表达趋势，与RNA-seq结果一致（R2=0.81, P<0.001），证实了转录组数据的可靠性。

讨论部分指出，次级代谢物的积累受基因型和环境因素共同调控。花金6号在北花1号中绿原酸与木犀草苷含量较高，与先前报道一致；新引种品种的活性成分含量相比传统产区无明显降低，表明优质金银花种质在新栽培区能保持成分稳定性和良好的适应性。研究人员还注意到，花金6号和北花1号具有直立生长习性、高花枝比和聚伞花序，更适合规模化栽培和采收；花金6号的大白期可达15天，是大毛花的5倍，可显著延长和集中采收时间并降低采收成本。功能验证实验将是后续研究的重点方向。

结论部分总结如下：本研究首次在甘肃省引种栽培了花金6号、丰花1号、玉花1号、玉金1号和玉金2号等金银花品种，系统分析了不同品种间绿原酸、总酚酸和木犀草苷的含量差异。北花1号和花金6号具有花期长、产量高、活性成分相对较高的优点，适合在甘肃实际生产条件下大规模推广种植。整合代谢组与转录组分析揭示了黄酮和苯丙烷生物合成通路中11种DAMs和41个DEGs的协同变化规律，其中HCT、C3′H和HQT与异绿原酸A的积累正相关，而花金6号和北花1号中这些基因的低表达可能促使绿原酸积累；木犀草苷积累与FNSII表达一致，FLS和F3′H的高表达为山奈酚-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-3-O-葡萄糖苷提供充足底物，F3GT主要介导黄酮醇糖苷的合成。上述结果可为金银花品种选择与育种、以及活性成分在采收、加工和储存过程中的稳定性保持提供科学依据与理论指导。