转录组测序为天麻茎部色素的生物合成途径提供了新的见解

《Acta Physiologiae Plantarum》：Transcriptome sequencing provides new insight into the biosynthesis pathway of pigments in stems of Gastrodia elata

　　

摘要

核心要点

本研究首次对G. elata茎部颜色差异背后的叶绿素、类胡萝卜素和花青素代谢途径进行了综合分析，确定 PSY 和 F3’H 是调控这种菌异养兰花颜色的关键候选基因。

摘要

Gastrodia elata是一种具有药用和经济价值的菌异养兰花，但其茎部颜色变化的分子机制目前尚不明确。本研究通过色素定量分析、非靶向代谢组学分析以及比较转录组学分析，研究了绿色G. elata（GG）与红色G. elata（RG）之间茎部颜色的差异。色素分析结果显示，GG的总叶绿素含量显著更高（9.202 μg g^?1 DW，而RG为1.59 μg g^?1 DW），且叶绿素a/b比率较低（0.177），叶绿素b占主导地位，从而导致其呈现黄绿色。相比之下，RG的类胡萝卜素总含量是GG的1.78倍，其中β-胡萝卜素含量高出3.2倍，这是其呈现橙红色的主要原因。代谢组学分析在两种品种中都检测到了21种花青素化合物，其中以氰苷衍生物为主。转录组分析发现了134个差异表达基因，KEGG分析显示这些基因与类胡萝卜素生物合成、卟啉代谢以及次生代谢物生物合成途径相关。关键的候选基因包括植烯合成酶（PSY，Gae_04381），其在RG中的表达水平更高；还有黄酮3’-羟化酶（F3’H，Gae_15605），这是唯一一个存在显著差异表达的基因（P?<?0.05，在RG中的表达水平约为GG的3倍）。qRT-PCR验证进一步确认了RNA-seq分析的结果可靠性。这些研究结果表明，G. elata的茎部颜色是由叶绿素、类胡萝卜素和花青素共同调控的，同时也为通过标记辅助育种培育出特定颜色的品种提供了候选基因。