淫羊藿黄酮苷生物合成的基因调控网络解析及标记基因鉴定

《BMC Plant Biology》：Integrated transcriptomic and WGCNA approaches identify a regulatory hub gene for flavonol glycoside biosynthesis in extreme chemotypes of Epimedium

　　

摘要

背景

淫羊藿（Epimedium）属于小檗科多年生淫羊藿属植物，是一种传统中草药，其药用历史已有2000余年。然而，关于其关键黄酮苷（淫羊藿苷A、B、C及淫羊藿素）生物合成调控机制的报道仍十分匮乏。

结果

本研究采用高效液相色谱（HPLC）和RNA测序（RNA-seq）策略，阐明淫羊藿黄酮苷合成的调控网络。通过对相同环境条件下生长的22种淫羊藿叶片进行HPLC定量分析，鉴定出5种黄酮苷积累极端显著的物种。根据其含量特征，将这些淫羊藿种质划分为极高、中等和极低三组。有趣的是，我们发现一种濒危淫羊藿物种（朝鲜淫羊藿（Epimedium truncatum））的淫羊藿苷C含量远高于其他药典物种，这可能是其逐渐消失的原因之一。对这5种选定物种进行RNA-seq分析并结合加权基因共表达网络分析（WGCNA），揭示了5个与黄酮苷合成调控相关的核心基因及其关联的相互作用网络。其中，3个MYB型转录因子的表达水平与淫羊藿苷C的合成呈负相关。相反，一种此前未被报道的2"-O-糖基转移酶的表达与淫羊藿苷C的积累呈正相关，而一种鼠李糖基转移酶的表达则与淫羊藿苷A、B及淫羊藿素的合成呈正相关。我们进一步利用qPCR在淫羊藿中对这5个核心基因进行了验证，并定量分析了它们在不同药用部位的表达水平。这些发现表明，这5个基因可作为指示淫羊藿黄酮苷含量的标记基因。

结论

综上所述，本研究整合了5种具有极端化学型的淫羊藿物种的转录组分析，揭示了淫羊藿黄酮苷生物合成背后的内在基因调控网络，为淫羊藿的化学型导向育种提供了基础。