近期，我院經濟林團隊王溢老師課題組在《BMC Plant Biology》（JCR一區期刊，最新影響因子5.3）發表題為“Integrated transcriptomic and metabolomic analyses elucidate the mechanism of flavonoid biosynthesis in the regulation of mulberry seed germination under salt stress”的研究論文，該研究對50和100 mmol/L NaCl脅迫下桑樹種子萌發過程進行了類黃酮代謝組學和轉錄組學分析，通過整合轉錄組和代謝組分析，并通過實時熒光定量PCR（qRT-PCR）對關鍵基因進行驗證，同時采用平行反應監測（PRM）技術對關鍵酶（蛋白質）進行驗證。研究系統闡述了NaCl脅迫下類黃酮生物合成調控桑樹種子萌發的分子基礎，進一步揭示了MaMYB、bHLH轉錄因子在鹽脅迫下調控桑樹種子類黃酮生物合成促進耐鹽性的分子機制。

摘要：

研究目的：桑樹是我國重要的經濟林樹種，種子播種繁殖是桑樹擴繁的重要方式。然而，種子萌發是對各種非生物脅迫，特别是鹽脅迫最敏感的階段。因此，本研究對50和100 mmol/L NaCl脅迫下桑樹種子萌發過程進行了類黃酮代謝組學和轉錄組學分析，以揭示鹽脅迫下桑樹種子萌發的類黃酮生物合成的分子調控機制。

研究方法：以 “桂桑6号”種子為試驗材料。采用高通量轉錄組學測序（RNA-Seq）技術構建鹽脅迫（50和100 mmol/L NaCl）下桑樹種子萌發過程中基因的表達譜、篩選關鍵耐鹽基因，并通過實時熒光定量PCR（qRT-PCR）對關鍵基因進行驗證；利用超高效液相色譜串聯質譜（UPLC-MS/MS）方法對鹽脅迫下桑樹種子萌發過程進行類黃酮代謝組分析，并采用生物信息學方法篩選差異代謝物和關鍵代謝通路，并通過平行反應監測（PRM）技術對關鍵酶（蛋白質）進行驗證。随後，對轉錄組學和類黃酮代謝組學的數據進行了關聯分析，探讨鹽脅迫下桑樹種子萌發過程中轉錄組的變化與類黃酮代謝物之間的相互作用。

研究結果：類黃酮代謝組分析顯示，共有145種差異類黃酮代謝物（DFM）， 分為9組，包括40種黃酮醇、32種黃酮、16種查耳酮和14種黃烷酮等。其中，61.4%（89）的DFM随着鹽濃度的增加而不斷積累，在100 mmol/L鹽濃度時達到最高水平，包括槲皮素-3-O-葡萄糖苷（異槲皮苷）、山柰酚（3,5,7,4'-四羟基黃酮）、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、花旗松素（二氫槲皮素）和芹菜素（4',5,7-三羟基黃酮）等，表明這些DFM可能是參與鹽脅迫反應的關鍵代謝物。轉錄組分析共鑒定出3055個差異表達基因（DEG），其中大部分富集于類黃酮生物合成（ko00941）、苯丙烷類生物合成（ko00940）和次生代謝物生物合成（ko01110）。類黃酮代謝組學和轉錄組學數據的聯合分析表明，苯丙氨酸解氨酶（PAL）、4-香豆酸-CoA連接酶（4CL）、查耳酮合成酶（CHS）、黃酮醇合成酶（FLS）、雙功能二氫黃酮醇4-還原酶/黃烷酮4-還原酶（DFR）和花青素還原酶（ANR）是50和100 mmol/L NaCl 脅迫下桑種子萌發過程中類黃酮代謝物積累的關鍵基因。此外，三種轉錄因子MYB、bHLH和NAC參與鹽脅迫下類黃酮積累的調節。qRT-PCR驗證結果顯示，不同鹽濃度下11個DEG（包括7個參與類黃酮生物合成的基因）的表達水平與轉錄組數據一緻；PRM結果表明，參與類黃酮合成的6種關鍵酶（蛋白質）的表達水平與類黃酮的積累一緻。

研究結論：通過綜合轉錄組學和代謝組學分析，揭示了鹽脅迫下桑樹種子萌發過程中類黃酮生物合成的調控機制，發現關鍵基因和類黃酮代謝物在調控種子萌發過程中發揮重要作用，為探讨不同濃度鹽脅迫下類黃酮生物合成對桑樹種子萌發的調控作用提供了新的思路。

太阳成集团tyc234cc為第一和通訊作者單位。王溢老師與課題組研究生姜維為共同第一作者。研究生李晨蕾、盧燦、程俊森、魏尚霖、楊加松和楊強參與了該項工作。廣東省農業科學院蠶業與農産品加工研究所為第二單位，王振江研究員對文章修改提供了寶貴意見。本研究得到了廣州市基礎與應用基礎研究項目（202201011164）、廣東省教育廳青年創新人才項目（2019KQNCX050）、廣東省普通高校優稀特色經濟林果工程技術研究中心項目（2022GCZX002）的資助。

文章鍊接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-024-04804-3