Combined metabolome and transcriptome to analyze the regulatory network of key enzymes in the synthesis of senkirkine in Emilia sonchifolia
- 作者
- Jinli Yao, Yanqing Qin, Dongping Tu, Yumei Huang, Liuguan Liang, Wenhui Cai, Mingli Huang, Xiaoqi Zhu, Xinling Lao
- DOI
- 10.1186/s12870-025-07079-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
分析一点红（Emilia sonchifolia）中肝毒性成分senkirkine生物合成途径的关键酶及其调控网络，为降低毒性、平衡药效与安全提供基础。
研究策略
整合代谢组和转录组测序数据，筛选senkirkine合成途径关键酶候选基因，结合qRT-PCR验证组织表达特异性。
核心内容
本研究整合代谢组与转录组测序，对一点红（Emilia sonchifolia）根、茎、叶、花中肝毒性成分克氏千里光碱（senkirkine）的生物合成调控网络进行了系统解析。代谢组检测到91个差异代谢物，归属10类生物碱，其中吡咯里西啶类占13%；senkirkine在根中含量最高，与花中差异最为显著。转录组共获得119,886个unigenes和32,797个差异表达基因，筛选出涉及senkirkine合成的45个关键酶，涵盖7个功能类别，对应172个候选酶基因。qRT-PCR验证显示BAHD-Ats、CCoAOMT、BOMT、3AT四个基因在根中表达最高，CAD在茎中表达最高。代谢组与转录组关联分析表明，根中酰基转移酶和甲基转移酶的高表达与senkirkine累积相一致，并筛选出ERF-ERF、AP2、SET等可能调控该途径的转录因子。该研究首次联合多组学阐明了一点红senkirkine合成的关键酶基因表达模式，为通过基因调控构建低毒种质、平衡药效与安全性提供了重要靶点基础。
创新点
首次综合代谢组与转录组系统分析一点红中senkirkine合成关键酶基因表达模式，并筛选出可能调控其合成的转录因子（ERF-ERF、AP2、SET）。
研究对象（13）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | HSS | homospermidine synthase | 催化 | 吡咯里西啶生物碱合成途径第一个特异酶 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | diamine oxidase | 二胺氧化酶 | 催化 | 参与多胺氧化步骤 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | cyclase | 环化酶 | 催化 | 参与吡咯双烷骨架环化形成 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | ADH | 醇脱氢酶 | 催化 | 包含CAD，在根和茎中高表达 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | acyltransferase | 酰基转移酶 | 催化 | 包含BAHD-Ats和3AT |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | methyltransferase | 甲基转移酶 | 催化 | 包含CCoAOMT和BOMT |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | PLP | 吡哆醛-5'-磷酸依赖性酶 | 催化 | 在花中高表达 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | BAHD-Ats | BAHD酰基转移酶 | 催化 | qRT-PCR验证根中表达最高 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | CCoAOMT | 咖啡酰辅酶A O-甲基转移酶 | 催化 | qRT-PCR验证根中表达最高 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | BOMT | 苯甲酸O-甲基转移酶 | 催化 | qRT-PCR验证根中表达最高 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | 3AT | 花青素3-O-葡萄糖苷6''-O-酰基转移酶 | 催化 | qRT-PCR验证根中表达最高 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | CAD | 肉桂醇脱氢酶 | 催化 | qRT-PCR验证茎中表达最高 |
| Emilia sonchifolia | senkirkine生物合成途径 | ERF-ERF, AP2, SET | 转录因子 | 调控 | 可能与senkirkine合成相关基因共表达，调控甲基化过程 |
关键发现
- 对一点红根、茎、叶、花的代谢组分析共检测到91个差异代谢物，归属10类生物碱，其中吡咯里西啶生物碱占13%
- 克氏千里光碱（senkirkine）在根中含量最高，与花差异最显著。转录组共获得119,886个unigenes和32,797个DEGs
- 筛选出涉及senkirkine生物合成的45个关键酶，分属7个功能类别，对应172个候选酶基因。qRT-PCR验证显示BAHD-Ats、CCoAOMT、BOMT、3AT四个基因在根中表达最高，CAD在茎中表达最高。代谢组与转录组关联分析表明根中酰基转移酶和甲基转移酶高表达与SnNO和Sek累积一致。
研究结论
本研究通过代谢组与转录组联合分析，鉴定出一点红senkirkine合成途径的45个关键酶及172个候选基因，并通过qRT-PCR验证了5个候选基因的组织表达模式，为解析senkirkine生物合成途径及通过基因调控获得低毒一点红种质奠定了基础。