特色经济林小浆果黑莓富含酚类、黄酮和花色苷等物质,具有抗氧化、降血压和提高免疫力等药用价值。富含花色苷类物质是黑莓成熟果实最显著的特征之一,其含量直接影响果实的营养和感官品质,也是评价其药用质量的主要指标。花色苷是黄酮生物合成途径的下游产物,目前对黑莓果实中黄酮和花色苷是如何合成和积累,以及受哪个或哪些转录因子调控影响的研究较少,这也极大的限制黑莓产业的发展。因此,筛选高花色苷含量黑莓品种并对其花色苷高效积累机理进行探究,可从根源上明晰花色苷的生物合成机制并为其有效利用提供现实依据。

       为了探究黑莓果实黄酮合成的转录和代谢机制及关键基因的调控网络,果树研究中心黑莓研究与利用项目组以黑莓高花色苷品种‘Chester’未成熟和成熟的果实为研究材料,建立了黑莓mRNA文库(包含17566个显著差异表达的基因)并鉴定了相关代谢产物。在黑莓果实中发现了1251个转录因子分布在55个不同的家族中,以C2H2和bHLH转录因子家族最富集。有趣的是,还发现CHI、LAR和SAT这3个结构酶基因与MYB、bHLH呈现出高度相关性;各转录因子之间亦存在不同程度的相关性,这暗示了高度相关的基因或转录因子之间可能具有相似的调节模式或潜在的互作功能。此外,研究得出8个差异代谢物和16个差异基因被注释到类黄酮生物合成途径中,这为进一步研究黄酮类化合物的生物合成和代谢奠定了基础,是今后结构基因功能研究和差异代谢物积累探究的重点。该研究为今后培育高黄酮含量黑莓种质资源和发展相关医药产业提供了一定的参考价值。

图1:差异基因和差异代谢物的相关性热点图及网络图

       上述研究成果近日以“Integrative analysis of the metabolome and transcriptome provides insights into the mechanisms of flavonoid biosynthesis in blackberry”为题发表于农林科学Top期刊Food Research International上。该研究得到了国家自然科学基金(32101566)、江苏省自然科学基金(BK20210165)和省中科院植物所博士人才基金(JIBTF202105)项目的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.110948