南京中医药大学刘训红教授团队揭示盐胁迫诱导甘草中活性化合物积累的转录/代谢机制

    以往研究表明，适当的环境胁迫如盐胁迫会增加甘草中的甘草酸和几种黄酮类化合物的积累，并为为阐明盐胁迫条件下黄酮和三萜代谢的分子机制提供了有价值的蛋白质组学信息。

    然而，目前关于盐胁迫条件下甘草中活性成分生物合成的关键调控基因仍不清楚。

    近日，南京中医药大学药学院刘训红教授团队及其合作者在Frontiers in Plant Science在线发表了一篇题为Metabolite Profiling and Transcriptome Analysis Explains Difference in Accumulation of Bioactive Constituents in Licorice (Glycyrrhiza uralensis) Under Salt Stress的研究论文，结合转录组学分析和代谢组学方法研究了盐胁迫条件下种植的甘草化学成分生物合成的分子调控机制。

    该研究通过转录组学分析鉴定了 3,664 个差异表达基因 (DEG)，包括MYB和bHLH转录因子家族。

    此外，大多数DEGs参与类黄酮和萜类生物合成途径。

    代谢组学分析结果则鉴定了包括三萜类化合物和五类黄酮类化合物（异黄酮、黄酮、黄烷酮、异黄烷和查耳酮）在内的121种化合物。

    在此基础上，研究人员还构建了类黄酮和三萜类化合物的假定生物合成网络，并与结构DEGs相结合，其中包括负责黄酮生物合成的苯丙氨酸解氨酶 (PAL)、4-香豆酸-CoA 连接酶 [4CL]、肉桂酸 4-羟化酶 [C4H]、查尔酮合酶 [CHS]、查尔酮-黄烷酮异构酶[CHI]，和类黄酮3'，5'羟化酶（F3 '5 ' H），以及负责甘草酸合成的CYP88D6和CYP72A154。

    值得一提的是，该研究发现胁迫导致甘草中UDP-糖基转移酶基因（UGT）的表达显著上调，暗示了糖基转移酶的后修饰可能参与了黄酮苷和三萜皂苷的下游生物合成。

    研究人员还表明两个关键的UGT基因，Glyur000289s00018722和Glyur000121s00009707在该过程中发挥重要功能。

    进一步的转录组和代谢物谱的相关性分析表明，结构基因和修饰基因的表达水平与黄酮类、三萜类化合物，尤其是它们相应的糖苷的积累密切相关。

    Correlation analysis ofexpression patterns of key DEGs and metabolite profiles of triterpenoid saponins in licorice综上所述，该研究结果在代谢和基因水平上揭示了盐胁迫下甘草中黄酮类化合物和甘草酸生物合成的关键调控机制，还有助于进一步开发用于育种研究的分子标记以培育优质栽培甘草。