HPJ|中国科学院武汉植物园杨美研究员团队: 代谢组学与转录组学联合分析揭示莲子心类黄酮化合物的生物合成机制

近日，Horticultural Plant Journal在线发表了中国科学院武汉植物园杨美研究员团队题为“Integrated metabolomic and transcriptomic profiling provide insights into the biosynthetic mechanism of flavonoids in the plumule of Asian lotus (Nelumbo nucifera)（代谢组学与转录组学联合分析揭示莲子心类黄酮化合物的生物合成机制）”的研究论文。

研究背景

莲集观赏、食用与药用价值于一体，是我国栽培面积最广的水生经济作物。莲子心中富含类黄酮化合物，具有较强的抗氧化活性，在医药领域应用潜力巨大。然而，莲心类黄酮物质生物合成的分子机制尚不明确。

研究问题

本研究以子莲品种‘建选17'为材料，联合分析其莲子心的靶向代谢组与转录组数据，旨在系统揭示莲子心类黄酮物质生物合成的分子调控机制。

研究结果

（1）采用LC-MS/MS技术在莲子心中共鉴定到59种类黄酮化合物，主要为黄酮苷、黄酮醇和黄酮等，其中黄酮苷类物质的含量最为丰富。在黄酮苷类物质中，夏佛塔苷含量最高。随着莲子发育进程，莲子心总黄酮含量持续上升，DPPH自由基清除活性与总黄酮的积累模式紧密关联，表明莲子心黄酮含量与抗氧化能力具有很强的相关性。

图1 莲心中类黄酮含量、组成及DPPH自由基清除活性的定量分析

（2）推导了莲子心类黄酮生物合成途径，发现2个黄酮C-糖基转移酶（CGT）基因，其中NnCGTa基因的表达与莲子心中黄酮碳苷的积累高度相关。通过花瓣的瞬时过表达实验，证实了NnCGTa正向调控黄酮碳苷（如夏佛塔苷和牡荆苷）的合成积累。

图2 类黄酮生物合成途径中结构基因的鉴定与表达分析图3 NnCGTa调控黄酮碳苷的生物合成

（3）通过DAP-seq、双荧光素酶报告实验、酵母单杂交和花瓣瞬时转化等实验，挖掘到转录因子NnMYB12，证实其可直接结合并激活NnF3'H的启动子，从而促进莲心类黄酮的合成。

图4 NnMYB12直接结合并激活NnF3’H的启动子

意义和创新性

本研究整合莲子心靶向代谢组与转录组数据，首次系统解析了莲子心类黄酮的生物合成途径；鉴定到NnMYB12转录因子，直接激活NnF3'H的表达，促进莲子心类黄酮的生物合成。该研究结果不仅丰富了莲中类黄酮合成的分子调控网络，也为利用分子育种技术培育高类黄酮含量子莲新品种提供了重要的理论依据和候选基因资源。

已毕业博士生宋贺云（现就职于信阳师范大学）、在读博士生辛佳为该论文的第一作者，杨美研究员为该文的通信作者。

该研究获得湖北省自然科学基金（项目号：JCZRJQ202400159）、湖北省支持种业高质量发展资金项目（项目号：HBZY2023B004-1）和国家自然科学基金（项目号：32400219）的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S246801412600141X