《Ornamental Plant Research》：Integrated transcriptomic and metabolomic profiling elucidates the regulation of flavonoid composition and biosynthesis in Rosa rugosa hip
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玫瑰茄(Rosa rugosa) 蔷薇果是富含黄酮类化合物(Flavonoids)、具有重要健康效益的宝贵资源，但其黄酮类生物合成的调控机制尚不清楚。在R. rugosa蔷薇果从绿色(F0)经黄色(F1)至红色(F2)成熟的进程中，叶绿素含量显著下降；总黄
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玫瑰茄(Rosa rugosa) 蔷薇果是富含黄酮类化合物(Flavonoids)、具有重要健康效益的宝贵资源，但其黄酮类生物合成的调控机制尚不清楚。在R. rugosa蔷薇果从绿色(F0)经黄色(F1)至红色(F2)成熟的进程中，叶绿素含量显著下降；总黄酮含量在F1期达到峰值，而花青素(Anthocyanin)和类胡萝卜素(Carotenoid)水平同步升高。为探究调控机制，研究人员对野生R. rugosa蔷薇果F1和F2期进行了转录组与代谢组联合分析。转录组数据揭示4329个差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)，KEGG通路富集分析主要富集于"代谢途径(Metabolic pathways)"和"次生代谢产物生物合成(Biosynthesis of secondary metabolites)"。其中62个上调DEGs被注释到特定的黄酮类相关生物合成途径。同时，代谢组鉴定出729种黄酮类化合物，其中308种为差异积累代谢物(Differentially Accumulated Metabolites, DAMs)。重要的是，花青素含量随成熟而上调，而大多数其他黄酮类降低。关联分析突显了花青素生物合成中的关键基因，包括上调的BZ1、AOMT、3MaT1和3MaT2，它们与矢车菊素-3-O-(6-O-丙二酰)-β-D-葡萄糖苷及甲基花青素-3-葡萄糖苷等特异性衍生物积累相关，促成蔷薇果红色表型。同理，CYP81E基因与异黄酮积累相关联，而下调的CYP75B1基因对应于槲皮素水平下降。这些发现系统阐述了R. rugosa蔷薇果成熟过程中黄酮类生物合成的转录与代谢景观，为未来旨在提高黄酮含量及蔷薇果品质的基因工程改造提供了关键见解。
论文解读：
本研究发表于《Ornamental Plant Research》。野生玫瑰茄(Rosa rugosa)为蔷薇科灌木，其蔷薇果（hip）富含维生素C、原花青素及黄酮类等活性物质，具有抗氧化、抗炎等药理作用及较高经济价值。然而，目前关于R. rugosa蔷薇果中黄酮类化合物的系统组成及其生物合成调控机制尚不明晰。为此，研究人员通过整合转录组学与代谢组学手段，解析蔷薇果成熟过程（F1橙黄期至F2红熟期）中黄酮类代谢物的积累模式及关键结构基因与转录因子的调控网络，为分子育种改良品质提供理论依据。
主要关键技术方法：
研究人员采集中国威海海岸野生R. rugosa种群三个生物学重复的F1（橙黄）与F2（全红软化）期蔷薇果果肉，去除种子液氮冻存。采用分光光度法测定色素及黄酮/花青素含量；利用Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序(RNA-seq)，参照R. rugosa参考基因组比对、用DESeq2筛选DEGs（|log2FC|≥1，FDR<0.05），并进行GO与KEGG富集；采用UPLC-ESI-QTRAP-MS/MS进行非靶向代谢组检测，正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)筛选DAMs（VIP≥1，|FC|≥2或≤0.5）；对基因-代谢物做Pearson相关性分析（|r|>0.9，FDR<0.05），并做加权基因共表达网络分析(WGCNA)及MYB/bHLH转录因子挖掘。
研究结果：
The contents of chlorophyll, carotenoids, total flavonoids, and anthocyanins in R. rugosa hips（蔷薇果中叶绿素、类胡萝卜素、总黄酮及花青素含量）：
测定显示F0→F1→F2进程中叶绿素显著下降，类胡萝卜素与花青素逐渐上升，总黄酮F1期最高。因F1与F2期黄酮代谢活跃且F0含量低，故选取F1、F2进行多组学测序，排除水分稀释效应影响。
Transcriptome analysis of the R. rugosa hip（蔷薇果转录组分析）：
F1 vs F2获4329个DEGs（1917上调，2415下调），KEGG显著富集于次生代谢物生物合成(ko01110)等通路。62个上调DEGs注释至黄酮/花青素/异黄酮生物合成途径。WGCNA鉴定turquoise模块（与总黄酮正相关）含候选MYB(LOC133742674)及bHLH(LOC133708895/LOC133715311)；blue模块（与花青素正相关）含MYB(LOC133715036)及BZ1(LOC133713628)，提示MYB-bHLH-WD40(MBW)复合体参与调控。
Screening for DEGs of flavonoid biosynthesis pathway（黄酮生物合成通路DEGs筛选）：
38个DEGs注释至ko00941-00944黄酮相关通路，F2期18个上调、19个下调。DEGs中含21个MYB及25个bHLH转录因子家族成员。
Screening for differential metabolites in F1 and F2 hips（F1与F2期差异代谢物筛选）：
代谢组检出729种黄酮类，分12亚类（黄酮醇256种最多）。308个DAMs中，花青素衍生物以氰啶(Cyanidin)与飞燕草素(Delphinidin)为主（各19及26种），矮牵牛素(Pelargonidin)仅6种。
Association analysis of DEGs and DAMs in anthocyanin biosynthetic pathway（花青素生物合成通路DEGs与DAMs关联分析）：
F2期CHS、DFR、ANS上调，4CL、CYP75B1(黄酮3'-单加氧酶，催化山奈酚→槲皮素)、ANR下调。糖基转移酶BZ1(LOC133713628/LOC133710265)上调促进花青素-3-O-葡萄糖苷形成；AOMT（花青素3'-O-甲基转移酶）上调催化生成甲基花青素-3-葡萄糖苷；3MaT1(花青素3-O-葡萄糖苷-6''-O-丙二酰转移酶)及3MaT2(花青素3-O-葡萄糖苷-3'',6''-O-二丙二酰转移酶)上调促成矢车菊素-3-O-(6-O-丙二酰)-β-D-葡萄糖苷（上调7.7倍）等丙二酰化衍生物积累，赋予成熟果红色。C3GGT、C3G5GT下调对应部分花青素双糖苷减少。
Association analysis of DEGs and DAMs in the isoflavonoid, flavone, and flavonol biosynthetic pathways（异黄酮、黄酮及黄酮醇生物合成通路DEGs与DAMs关联分析）：
异黄酮途径中CYP81E(异黄酮/4'-甲氧基异黄酮2'-羟化酶)基因(LOC133724501/LOC133724502)上调与染料木素(Genistin)、黄豆黄素(Glycitein)及(?)-Maackiain-3-O-葡萄糖基-6''-O-丙二酸酯积累呈正相关。黄酮/黄酮醇途径中槲皮素游离苷元因CYP75B1下调而减少，但其糖苷形式（如槲皮素-3-硫酸酯）增加，可能与呈色辅色素(copigmentation)效应有关。
讨论与结论总结（翻译Conclusions部分）：
本研究表明R. rugosa蔷薇果成熟期间发生深刻的黄酮类代谢重编程，不仅塑造外观色泽，也奠定其作为功能性食品的营养与药用基础。研究人员不仅明确了异黄酮、黄酮醇苷等与健康效益密切相关的积累模式，还初步解析了潜在关键结构基因与转录因子。在成熟蔷薇果中，尽管多数黄酮苷元及其他黄酮类下降或无显著变化，多种修饰后衍生物——包括锦葵素-3-葡萄糖苷(Malvidin 3-glucoside)、碧冬茄素-3-葡萄糖苷(Petunidin 3-glucoside)、飞燕草素-3-O-3'',6''-O-二丙二酰葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-(6-O-丙二酰)-β-D-葡萄糖苷及甲基花青素-3-葡萄糖苷——显著上调，贡献总花青素升高及红熟色泽。共表达网络分析支持若干MYB和bHLH转录因子参与果实成熟黄酮类化合物转化的调控，为分子标记辅助选育及分子育种培育高黄酮营养含量的R. rugosa品种提供了理论基础。
