弯茎石斛中花特异性苯丙烷-黄酮途径的激活与抗氧化能力增强相关

《BMC Plant Biology》：Floral?specific activation of the phenylpropanoid?flavonoid pathway is associated with enhanced antioxidant capacity in Dendrobium flexicaule

　　

摘要

背景

植物次生代谢产物对于胁迫耐受性和环境适应至关重要；然而，这些代谢产物在不同器官中的差异调控方式仍知之甚少。花等生殖器官通常面临比营养组织更大的氧化胁迫挑战，因此可能需要更强的抗氧化防御能力。本研究旨在通过整合多组学方法，阐明Dendrobium flexicaule（D. flexicaule）中这些器官特异性机制，探讨花是否具有更强的抗氧化能力，并揭示相关的代谢和转录特征。

结果

利用2,2-二苯基-1-苦基肼自由基（DPPH）、2,2'-偶氮二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)自由基阳离子（ABTS•⁺）、羟基自由基（•OH）以及还原态抗氧化能力（FRAP）测定法，评估了D. flexicaule花、茎、叶和根的乙醇提取物抗氧化活性；通过整合非靶向代谢组学和转录组学，鉴定差异积累代谢物（DAMs）和差异表达基因（DEGs），随后进行通路分析和qRT-PCR验证。结果显示，花的综合抗氧化能力最高。采用严格统计阈值（|ρ|> 0.85，FDR< 0.05）的Spearman相关分析鉴定出9种花富集代谢物与抗氧化活性显著相关，包括阿魏酸、Keracyanin、Avicularin、Nystose和Bilobalide。转录组分析发现，花中苯丙烷-黄酮通路基因表达上调，包括结构基因（PAL、CYP73A、4CL、CHS、CHI、CYP75A、CYP75B）和转录因子（MADS-box、MYB、bHLH、AP2/ERF-ERF和NAC）的协同表达。此外，涉及脂质/萜类代谢和碳水化合物/能量代谢的共表达网络与非黄酮类抗氧化剂的积累相关。

结论

综上所述，D. flexicaule花的优越抗氧化能力与苯丙烷-黄酮通路的协同激活相关，这一过程由多转录因子网络调控，并由脂质/萜类代谢和碳水化合物/能量代谢辅助补充。这些发现共同为器官特异性次生代谢建立了相关性框架，并为未来对候选基因和代谢物的功能验证提供了基础。