2022年8月16日，BMC Plant Biology期刊(IF=5.26)在线发表了上海植物园木本花卉研究团队题目为Integrative analysis of transcriptome and metabolome reveals flavonoid biosynthesis regulation in Rhododendron pulchrum petals的研究论文。

杜鹃花是杜鹃花属(Rhododendron)植物的总称，具有极高的观赏价值，素有“木本花卉之王”的美誉，在世界园艺界占有重要地位。花色是杜鹃花最重要的观赏性状之一，花瓣中类黄酮化合物在花色呈现中起着决定性作用。关于杜鹃花瓣中类黄酮的种类、影响花色呈现的相关基因已有文献报道，但是关于杜鹃花类黄酮生物合成的调控机制尚不清楚，花色呈色机制缺少系统研究。本研究以锦绣杜鹃(Rhododendron pulchrum)为实验材料，利用代谢组学和转录组学联合分析技术，鉴定了不同种类的类黄酮代谢物，分析了涉及类黄酮生物合成的差异表达基因(DEGs)，首次构建了锦绣杜鹃不同花色中类黄酮生物合成的调控网络。

　
3种不同花色的锦绣杜鹃花瓣

　　代谢组分析共鉴定出101种具有显著差异的黄酮类代谢物，主要分为黄酮、黄酮醇、花青素、异黄酮、黄烷醇、二氢黄酮和查尔酮等7类，其中黄酮和黄酮醇类化合物是锦绣杜鹃类黄酮代谢产物的主要成分。转录组分析共获得61.84G clean reads，鉴定到7113个差异表达基因(DEGs)，GO富集分析在生物过程大类中注释到22个花青素条目和29个类黄酮条目，在分子功能大类中注释到2个花青素条目和1个类黄酮条目。KEGG共注释有46个编码苯丙烷类及黄酮和黄酮醇类生物合成途径中关键酶的unigenes存在差异表达。同时筛选到与类黄酮生物合成相关的差异表达的转录因子，其中有14个被注释为MYB相关基因，还发现了编码bHLH的12个基因等，这些转录因子可能参与了锦绣杜鹃花瓣中类黄酮的生物合成。

锦绣杜鹃不同花色的黄酮类差异代谢物

锦绣杜鹃3个比较组的KEGG分析

       转录组和代谢组联合分析发现，锦绣杜鹃紫花中CHS、FLS、F3’H、F3’5’H、DFR、ANS、GT、FNS、IFR和FAOMT基因表达存在显著差异。首次发现FNS和IFR基因与锦绣杜鹃花色着色有关，FNS基因以FNSI的形式存在，IFR基因及其相关代谢产物在紫色花中高表达。F3’H和F3’5’H表达上调，而4CL、DFR、ANS和GT表达下调与粉色花着色相关，转录因子DREB亚家族也在粉色着色中起着重要的作用。在白色花中，CHS低表达抑制了类黄酮的合成，同时F3’5’H、DFR和GT低表达抑制了色素的积累，从而使花瓣呈现白色。同时，WGCNA分析进一步验证ANS、FLS、LAR、FNS、GT、4CL、F3’5’H、IFR、DFR、FAOMT和Viodelphin-GT基因与花瓣着色相关。

3种不同花色锦绣杜鹃花瓣中类黄酮生物合成途径

锦绣杜鹃3种花色的基因共表达分析

       该研究首次从转录和代谢水平解析了锦绣杜鹃不同花色的呈色机制，鉴定到了大量和花色呈色相关的基因、转录因子和代谢产物，构建了3种花色的类黄酮合成途径模型，以上结果揭示了锦绣杜鹃花瓣的着色机制和类黄酮代谢途径，为未来杜鹃花色定向育种提供了理论依据。

      上海植物园夏溪高级工程师为第一作者，张春英教授为通讯作者，龚睿工程师参与了部分工作。该研究得到上海市科学技术委员会科技计划项目(20392000700)和上海市绿化和市容管理局科技攻关项目(G190303)的资助。

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　　图：夏溪

　　审核：张春英

　　原文链接：上海植物园在杜鹃花瓣类黄酮生物合成调控研究中获得新进展