近期，我院经济林团队王溢老师课题组在《BMC Plant Biology》（JCR一区期刊，最新影响因子5.3）发表题为“Integrated transcriptomic and metabolomic analyses elucidate the mechanism of flavonoid biosynthesis in the regulation of mulberry seed germination under salt stress”的研究论文，该研究对50和100 mmol/L NaCl胁迫下桑树种子萌发过程进行了类黄酮代谢组学和转录组学分析，通过整合转录组和代谢组分析，并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对关键基因进行验证，同时采用平行反应监测（PRM）技术对关键酶（蛋白质）进行验证。研究系统阐述了NaCl胁迫下类黄酮生物合成调控桑树种子萌发的分子基础，进一步揭示了MaMYB、bHLH转录因子在盐胁迫下调控桑树种子类黄酮生物合成促进耐盐性的分子机制。

摘要：

研究目的：桑树是我国重要的经济林树种，种子播种繁殖是桑树扩繁的重要方式。然而，种子萌发是对各种非生物胁迫，特别是盐胁迫最敏感的阶段。因此，本研究对50和100 mmol/L NaCl胁迫下桑树种子萌发过程进行了类黄酮代谢组学和转录组学分析，以揭示盐胁迫下桑树种子萌发的类黄酮生物合成的分子调控机制。

研究方法：以 “桂桑6号”种子为试验材料。采用高通量转录组学测序（RNA-Seq）技术构建盐胁迫（50和100 mmol/L NaCl）下桑树种子萌发过程中基因的表达谱、筛选关键耐盐基因，并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对关键基因进行验证；利用超高效液相色谱串联质谱（UPLC-MS/MS）方法对盐胁迫下桑树种子萌发过程进行类黄酮代谢组分析，并采用生物信息学方法筛选差异代谢物和关键代谢通路，并通过平行反应监测（PRM）技术对关键酶（蛋白质）进行验证。随后，对转录组学和类黄酮代谢组学的数据进行了关联分析，探讨盐胁迫下桑树种子萌发过程中转录组的变化与类黄酮代谢物之间的相互作用。

研究结果：类黄酮代谢组分析显示，共有145种差异类黄酮代谢物（DFM）， 分为9组，包括40种黄酮醇、32种黄酮、16种查耳酮和14种黄烷酮等。其中，61.4%（89）的DFM随着盐浓度的增加而不断积累，在100 mmol/L盐浓度时达到最高水平，包括槲皮素-3-O-葡萄糖苷（异槲皮苷）、山柰酚（3,5,7,4'-四羟基黄酮）、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、花旗松素（二氢槲皮素）和芹菜素（4',5,7-三羟基黄酮）等，表明这些DFM可能是参与盐胁迫反应的关键代谢物。转录组分析共鉴定出3055个差异表达基因（DEG），其中大部分富集于类黄酮生物合成（ko00941）、苯丙烷类生物合成（ko00940）和次生代谢物生物合成（ko01110）。类黄酮代谢组学和转录组学数据的联合分析表明，苯丙氨酸解氨酶（PAL）、4-香豆酸-CoA连接酶（4CL）、查耳酮合成酶（CHS）、黄酮醇合成酶（FLS）、双功能二氢黄酮醇4-还原酶/黄烷酮4-还原酶（DFR）和花青素还原酶（ANR）是50和100 mmol/L NaCl 胁迫下桑种子萌发过程中类黄酮代谢物积累的关键基因。此外，三种转录因子MYB、bHLH和NAC参与盐胁迫下类黄酮积累的调节。qRT-PCR验证结果显示，不同盐浓度下11个DEG（包括7个参与类黄酮生物合成的基因）的表达水平与转录组数据一致；PRM结果表明，参与类黄酮合成的6种关键酶（蛋白质）的表达水平与类黄酮的积累一致。

研究结论：通过综合转录组学和代谢组学分析，揭示了盐胁迫下桑树种子萌发过程中类黄酮生物合成的调控机制，发现关键基因和类黄酮代谢物在调控种子萌发过程中发挥重要作用，为探讨不同浓度盐胁迫下类黄酮生物合成对桑树种子萌发的调控作用提供了新的思路。

仲恺农业工程学院为第一和通讯作者单位。王溢老师与课题组研究生姜维为共同第一作者。研究生李晨蕾、卢灿、程俊森、魏尚霖、杨加松和杨强参与了该项工作。广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所为第二单位，王振江研究员对文章修改提供了宝贵意见。本研究得到了广州市基础与应用基础研究项目（202201011164）、广东省教育厅青年创新人才项目（2019KQNCX050）、广东省普通高校优稀特色经济林果工程技术研究中心项目（2022GCZX002）的资助。

文章链接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-024-04804-3