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该研究的主要作者包括Ke Rao、Siyu Liu、Xiaohui Tang、Guofu Jia、Shaohua Yang、Chaoxiang Ren和Jin Pei。研究团队来自中国成都中医药大学、四川省草原科学研究院和云南省农业科学院高山经济植物研究所。该研究于2025年2月3日发表在期刊《Frontiers in Plant Science》上，题为《Integrative Analysis of Metabolite and Transcriptome Reveals the Biosynthetic Pathway and Candidate Genes for Iridoid Glycoside Biosynthesis in Neopicrorhiza scrophulariiflora (Pennell) D.Y.Hong》。
研究领域：该研究属于植物代谢组学与转录组学的交叉领域，重点关注药用植物Neopicrorhiza scrophulariiflora中环烯醚萜苷（iridoid glycosides）的生物合成途径及其相关基因。
研究背景与目的：Neopicrorhiza scrophulariiflora是一种重要的野生药用植物，主要活性成分为胡黄连苷I（picroside-I）和胡黄连苷II（picroside-II），具有抗炎、抗癌和抗菌等多种药理作用。然而，由于过度采挖，该植物资源面临枯竭风险，亟需保护和合理利用。目前，关于其活性成分的生物合成途径及相关基因的研究尚未完全阐明。因此，本研究旨在通过代谢组学和转录组学的联合分析，揭示胡黄连苷的生物合成途径及其候选基因，为该植物的保护和可持续利用提供科学依据。
研究分为多个步骤，主要包括植物材料采集、代谢组学分析、转录组学分析、数据整合分析以及基因表达验证。
1. 植物材料采集：
研究人员采集了Neopicrorhiza scrophulariiflora的根、茎和叶三种组织，每种组织在相同的生长条件下采集，并立即用液氮冷冻，保存于-80°C。每个组织的转录组和代谢组样本均制备了三份重复。
2. 代谢组学分析：
采用超高效液相色谱-质谱联用技术（UPLC-MS/MS）对植物组织中的代谢物进行定性和定量分析。研究共检测到1085种代谢物，包括196种黄酮类化合物和63种萜类化合物。通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）等方法，揭示了不同组织中代谢物的分布特征。
3. 转录组学分析：
使用RNA-seq技术对三种组织的转录组进行测序，共获得99.16 GB的干净数据。通过差异表达基因（DEGs）分析，筛选出与环烯醚萜苷生物合成相关的基因。研究共注释了158,284个基因，其中74个基因与环烯醚萜合成相关。
4. 数据整合分析：
采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）等方法，筛选出43个可能参与胡黄连苷生物合成的候选基因，其中26个基因与胡黄连苷及其中间产物的合成显著相关。
5. 基因表达验证：
通过实时定量PCR（qRT-PCR）验证了11个候选基因的表达模式，包括NSF3H/NSF3D、NSUGD/NSUPD、NS2HFD和NSSQM等基因，验证结果与转录组数据一致。
1. 代谢组学结果：
研究揭示了不同组织中代谢物的分布差异。根组织中黄酮类化合物和酚酸类化合物显著增加，而叶组织中则富含酚酸和黄酮类化合物。此外，研究还发现胡黄连苷I在叶组织中含量最高，而胡黄连苷II在根组织中含量最高。
2. 转录组学结果：
通过差异表达基因分析，研究筛选出与环烯醚萜苷生物合成相关的基因，并揭示了这些基因在不同组织中的表达模式。例如，MEP途径中的基因在叶组织中表达量较高，而MVA途径中的基因在根和茎组织中表达量较高。
3. 数据整合结果：
通过WGCNA分析，研究筛选出与环烯醚萜苷生物合成相关的26个基因，并揭示了这些基因与代谢物之间的相关性。例如，NSSQM1、NS2HFD1和NS2HFD5与胡黄连苷II的合成显著相关，而NSUGD3、NSUPD2和NSUPD3与胡黄连苷I的合成显著相关。
4. 基因表达验证结果：
qRT-PCR验证结果显示，11个候选基因的表达模式与转录组数据一致，进一步证实了这些基因在环烯醚萜苷生物合成中的潜在作用。
该研究通过代谢组学和转录组学的联合分析，揭示了Neopicrorhiza scrophulariiflora中环烯醚萜苷的生物合成途径及其候选基因。研究结果为深入理解该植物的代谢机制提供了重要的遗传和代谢信息，为其资源的保护和可持续利用奠定了基础。
研究还发现，Neopicrorhiza scrophulariiflora的叶组织中富含胡黄连苷I，这为该植物的药用开发提供了新的方向。此外，研究结果也为其他药用植物的代谢研究提供了参考。