基于代谢组学与转录组学的菘蓝板蓝根刈叶诱导黄酮动态响应机制研究

《BMC Genomics》：Metabolomics and transcriptomics reveal dynamic flavonoid metabolic responses in Isatis indigotica roots following leaf cutting

　　

摘要

菘蓝（Isatis indigotica）的根部（Radix Isatidis，板蓝根）是一种富含生物活性黄酮的珍贵中药材，但刈叶影响根部黄酮代谢的调控机制尚不清楚。在本项为期两年（2024年和2025年）的田间试验中，我们调查了菘蓝品种"玉兰1号"在刈叶后五个时间点（0、4、8、12、16天）根部黄酮的动态响应。两年间测量的结果显示，刈叶后第0天总黄酮含量最低，第16天最高，且趋势一致。利用基于UPLC-MS/MS的广泛靶向代谢组学方法对第二年样品进行分析，共鉴定出148种黄酮类代谢物，其中64种呈差异积累。K均值聚类揭示了六种不同的时间动态模式。11种候选差异代谢物与总黄酮含量呈强正相关，其中黄芩素（tenuifone）相关性最高。转录组测序鉴定出69个差异表达基因，涉及黄酮相关途径，包括苯丙烷和黄酮生物合成途径。综合相关分析构建了代谢物-基因网络，突出显示了多个4CL和CYP81E基因作为可能参与黄酮响应的候选基因。值得注意的是，同一基因家族的不同亚型与相同代谢物呈相反的相关方向，表明存在亚型特异性的调控复杂性。我们的研究结果表明，刈叶诱导根部黄酮代谢发生双相性定量重编程，而其定性代谢物谱在很大程度上保持保守。本研究提供了菘蓝根部刈叶诱导黄酮积累的关联代谢组学和转录组学图谱，为品质导向的栽培提供了理论依据，并鉴定出可供进一步功能验证的候选代谢物和基因。