通过整合多组学技术揭示红菊苣抽薹期间生物碱生物合成的时空动态

《Plant Molecular Biology Reporter》：Unraveling the Spatiotemporal Dynamics of Alkaloid Biosynthesis During Red Chicory Heading Through Integrated Multi-omics

　　

摘要

红菊苣（Cichorium intybus L.）是一种具有营养价值和药用价值的叶类蔬菜，但其生物碱的代谢途径及其在头状花序形成过程中的调控机制仍大部分未被阐明。本研究旨在系统地揭示生物碱成分的动态变化，并确定控制红菊苣头状花序形成期间生物碱生物合成的关键转录调控因子。采用了一种整合的多组学策略，结合了代谢组学和转录组学分析方法，对三个发育阶段（幼苗期（SS）、莲座期（RS）和头状花序形成期（HS）进行了研究。构建了基因-代谢物关联网络以揭示调控关系，并通过qRT-PCR验证了候选基因。共鉴定出43种生物碱，它们分布于四个结构亚类中，即酚胺类、吡啶和哌啶生物碱（PPAs）、吲哚生物碱（IAs）以及其他生物碱，这些生物碱表现出不同的阶段特异性积累模式。转录组学分析发现了46个与生物碱生物合成相关的差异表达基因（DEGs）。整合转录组学和代谢组学数据后发现，40个DEGs与差异积累的代谢物（DAMs）呈正相关，而39个DEGs则呈负相关。一个转录因子（Cint.ptg000005l.g315，属于C2H2家族）与多种DAMs同时呈现正相关和负相关。这些结果表明，红菊苣的头状花序形成受到一个复杂转录网络的调控，该网络通过激活和抑制代谢途径来协调生物碱的生物合成。这项工作全面描述了红菊苣头状花序发育过程中的生物碱代谢情况，并为未来叶类蔬菜的功能基因组学研究和品质改良提供了宝贵的遗传资源。