菊属植物萜类代谢调控机制的转录组与代谢组联合解析
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时间：2025年02月11日
来源：BMC Plant Biology 4.3
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本研究通过转录组和代谢组联合分析，揭示了菊属植物萜类合成的关键基因和调控因子，为菊花品质改良和萜类代谢调控提供了重要理论基础
菊属植物（Chrysanthemum × morifolium）是全球四大切花之一，具有极高的观赏、食用和药用价值。其香气成分主要由萜类化合物构成，这些化合物不仅赋予菊花独特的香气，还在抵御害虫和吸引传粉昆虫中发挥重要作用。然而，目前对于菊花萜类合成的调控机制尚不清楚，这限制了菊花优良品种的培育和萜类化合物的高效利用。为了解决这一问题，南京农业大学的研究人员开展了“菊花萜类代谢调控机制”的研究。通过联合转录组和代谢组分析，研究人员揭示了菊花萜类合成的关键基因和调控因子，为菊花品质改良和萜类代谢调控提供了重要理论基础。该研究结果发表在国际知名期刊《BMC Plant Biology》上。在研究中，研究人员首先利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对10个菊花品种的头状花序进行了代谢物分析，共鉴定出177种化合物，其中包括106种萜类化合物。研究发现，单萜衍生物和倍半萜类是菊花中最常见的萜类化合物，且萜类化合物在菊花的管状花中的含量显著高于舌状花。为了进一步探索萜类合成的调控机制，研究人员通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选出27个与萜类合成相关的候选核心基因，并鉴定出6个萜类合成相关基因（如TPS、TPS03、TPS14等），这些基因在不同菊花品种的管状花中表达显著。此外，研究人员还发现TCP8、TCP5、ATHB8等转录因子可能参与调控萜类合成。这些研究结果不仅为菊花萜类代谢调控机制的解析提供了重要依据，还为菊花优良品种的培育和萜类化合物的高效利用提供了理论支持。通过深入解析菊花萜类合成的关键基因和调控因子，研究人员有望开发出具有更高香气品质和药用价值的菊花新品种。在研究方法上，研究人员采用了以下关键技术：气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）：用于鉴定和定量菊花头状花序中的代谢物，特别是萜类化合物。转录组测序（RNA-seq）：对不同菊花品种的管状花和舌状花进行转录组分析，获取基因表达数据。加权基因共表达网络分析（WGCNA）：用于筛选与萜类合成相关的候选核心基因和转录因子。基因表达分析：通过FPKM值分析萜类合成相关基因在不同组织中的表达差异。在研究结果方面，研究人员发现菊花萜类化合物的合成在不同组织中存在显著差异，特别是在管状花中，萜类化合物的含量更高。通过联合分析，研究人员鉴定出多个与萜类合成相关的基因模块，并发现这些基因模块与特定萜类化合物的合成密切相关。例如，TPS03和TPS14基因在管状花中高表达，且与倍半萜类化合物的合成密切相关；而TPS21和KS1基因在舌状花中高表达，与单萜衍生物的合成相关。此外，研究人员还鉴定出多个转录因子（如TCP8、ATHB8等），这些转录因子可能通过调控萜类合成相关基因的表达来影响菊花的香气品质。在讨论部分，研究人员指出，菊花萜类化合物不仅在香气形成中发挥重要作用，还在植物生长发育、抵御逆境和吸引传粉昆虫中具有重要功能。通过深入解析萜类合成的调控机制，研究人员为菊花优良品种的培育提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步通过基因编辑和过表达等手段验证这些候选基因的功能，为菊花的分子育种和萜类化合物的高效利用提供更有力的支持。
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