园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (11): 2913-2930.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2025-0011
郑聪慧1,2, 徐振华1,4,*(
), 张蔓蔓2,3, 王玉忠1,2, 李向军1,2, 杜克久3, 孙然1,2, 李亚1,2
收稿日期:2025-06-20
修回日期:2025-08-02
出版日期:2025-11-26
发布日期:2025-11-27
通讯作者:
基金资助:
ZHENG Conghui1,2, XU Zhenhua1,4,*(
), ZHANG Manman2,3, WANG Yuzhong1,2, LI Xiangjun1,2, DU Kejiu3, SUN Ran1,2, LI Ya1,2
Received:2025-06-20
Revised:2025-08-02
Published:2025-11-26
Online:2025-11-27
摘要:
以‘朝阳椿’臭椿(Ailanthus altissima‘Chaoyang’)和普通臭椿(A. altissima)的上、中、下3个叶位的叶片为试材,采用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)和高通量RNA测序技术,分别测定类黄酮代谢组和转录组。分析两种臭椿不同叶位叶片中起呈色作用的类黄酮组分及其含量变化,并运用皮尔森相关性分析法挖掘关键类黄酮代谢物的潜在调控基因。结果表明,2种查尔酮代谢物和4种黄酮醇代谢物为直接促使‘朝阳椿’叶片呈现黄色的关键类黄酮代谢物,2个CHS和1个PGT1是调控查尔酮代谢物的关键候选结构基因,2个FLS、1个FG2和1个FG3是催化合成黄酮醇代谢物的关键候选结构基因;矢车菊素-3-O-芸香糖苷是导致两种臭椿上叶位叶片比中、下叶位更红、且‘朝阳椿’叶片较普通臭椿更加红艳的关键花色苷,2个CHS、3个F3H、2个DFR和1个CHI为正向调控矢车菊素-3-O-芸香糖苷合成的关键候选结构基因,编码转录因子的调节基因(2个MYB和1个bHLH)极可能对这些正调控结构基因具有激活作用,而1个MYB和1个bHLH极可能起抑制作用。
郑聪慧, 徐振华, 张蔓蔓, 王玉忠, 李向军, 杜克久, 孙然, 李亚. ‘朝阳椿’叶片类黄酮合成的转录组—代谢组联合分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(11): 2913-2930.
ZHENG Conghui, XU Zhenhua, ZHANG Manman, WANG Yuzhong, LI Xiangjun, DU Kejiu, SUN Ran, LI Ya. Integrated Transcriptomic and Metabolomic Analysis of Flavonoid Biosynthesis in the Leaves of Ailanthus altissima‘Chaoyang’[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(11): 2913-2930.
| 材料 Material | 叶位 Leaf position | 样品组代号 Sample group | 颜色 Color | 颜色代码 Color code |
|---|---|---|---|---|
| 朝阳椿 Chaoyang | 1 | Y1 | 中度红橙Moderate reddish orange | N34D |
| 2 | Y2 | 浅绿黄Light greenish yellow | 6D | |
| 3 | Y3 | 亮黄绿Brilliant yellow green | 149B | |
| 普通臭椿 Common Ailanthus altissima | 1 | G1 | 中度橄榄棕色Moderate olive brown | 199A |
| 2 | G2 | 中绿Moderate green | 131C | |
| 3 | G3 | 深绿Dark green | 136A |
表1 叶片颜色描述
Table 1 Summary of leaf color
| 材料 Material | 叶位 Leaf position | 样品组代号 Sample group | 颜色 Color | 颜色代码 Color code |
|---|---|---|---|---|
| 朝阳椿 Chaoyang | 1 | Y1 | 中度红橙Moderate reddish orange | N34D |
| 2 | Y2 | 浅绿黄Light greenish yellow | 6D | |
| 3 | Y3 | 亮黄绿Brilliant yellow green | 149B | |
| 普通臭椿 Common Ailanthus altissima | 1 | G1 | 中度橄榄棕色Moderate olive brown | 199A |
| 2 | G2 | 中绿Moderate green | 131C | |
| 3 | G3 | 深绿Dark green | 136A |
图2 PCA得分图 Y:‘朝阳椿’;G:普通臭椿;1、2、3表示叶位。下同
Fig. 2 PCA score plot Y:Ailanthus altissima‘Chaoyang’;G:Common Ailanthus altissima. 1,2,3 indicated leaf position. The same below.
| 类别 Type | 对照组—试验组 Control group— test group | 差异代谢物数 Number of differential metabolites | 差异基因数 Number of differentially expressed genes | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 下调 Down-regulated | 上调 Up-regulated | 下调 Down-regulated | 上调 Up-regulated | ||
| 朝阳椿 Chaoyang | Y1-Y2 | 50 | 63 | 4 266 | 5 617 |
| Y1-Y3 | 69 | 67 | 12 219 | 11 431 | |
| Y2-Y3 | 39 | 35 | 6 763 | 4 828 | |
| 普通臭椿 Common Ailanthus altissima | G1-G2 | 42 | 117 | 7 968 | 8 265 |
| G1-G3 | 55 | 112 | 13 997 | 10 841 | |
| G2-G3 | 56 | 58 | 7 932 | 6 036 | |
| 普通臭椿和‘朝阳椿’ Common A. altissima and Chaoyang | G1-Y1 | 51 | 102 | 4 969 | 4 558 |
| G2-Y2 | 55 | 57 | 6 720 | 8 249 | |
| G3-Y3 | 62 | 55 | 7 970 | 10 096 | |
表2 差异代谢物和差异基因的数量统计
Table 2 Statistical table of differential metabolites and differentially expressed genes
| 类别 Type | 对照组—试验组 Control group— test group | 差异代谢物数 Number of differential metabolites | 差异基因数 Number of differentially expressed genes | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 下调 Down-regulated | 上调 Up-regulated | 下调 Down-regulated | 上调 Up-regulated | ||
| 朝阳椿 Chaoyang | Y1-Y2 | 50 | 63 | 4 266 | 5 617 |
| Y1-Y3 | 69 | 67 | 12 219 | 11 431 | |
| Y2-Y3 | 39 | 35 | 6 763 | 4 828 | |
| 普通臭椿 Common Ailanthus altissima | G1-G2 | 42 | 117 | 7 968 | 8 265 |
| G1-G3 | 55 | 112 | 13 997 | 10 841 | |
| G2-G3 | 56 | 58 | 7 932 | 6 036 | |
| 普通臭椿和‘朝阳椿’ Common A. altissima and Chaoyang | G1-Y1 | 51 | 102 | 4 969 | 4 558 |
| G2-Y2 | 55 | 57 | 6 720 | 8 249 | |
| G3-Y3 | 62 | 55 | 7 970 | 10 096 | |
| 数据库 Database | 基因数 Number of genes | 百分比/% Percentage |
|---|---|---|
| KEGG | 68 246 | 41.33 |
| Nr | 93 228 | 56.45 |
| SwissProt | 66 292 | 40.14 |
| TrEMBL | 92 691 | 56.13 |
| KOG | 55 423 | 33.56 |
| GO | 77 384 | 46.86 |
| Pfam | 60 460 | 36.61 |
| 至少在一个数据库中有注释的基因 Annotated in at least one database | 94 616 | 57.30 |
| 基因总数 Total unigenes | 165 137 | 100.00 |
表3 基因注释结果
Table 3 Results of gene annotation
| 数据库 Database | 基因数 Number of genes | 百分比/% Percentage |
|---|---|---|
| KEGG | 68 246 | 41.33 |
| Nr | 93 228 | 56.45 |
| SwissProt | 66 292 | 40.14 |
| TrEMBL | 92 691 | 56.13 |
| KOG | 55 423 | 33.56 |
| GO | 77 384 | 46.86 |
| Pfam | 60 460 | 36.61 |
| 至少在一个数据库中有注释的基因 Annotated in at least one database | 94 616 | 57.30 |
| 基因总数 Total unigenes | 165 137 | 100.00 |
图6 与类黄酮合成相关的差异结构基因热图 红色字体表示两种臭椿的共有基因
Fig. 6 Heat map of differentially expressed flavonoid related structual genes Genes in red letters represent the common genes of two types of Ailanthus altissima
图8 类黄酮(花青素)差异代谢物和差异结构基因的相关性网络图 圆圈为差异表达结构基因,菱形为差异代谢物,橘色线为两者存在正相关关系,绿色线为两者存在负相关关系。* 为同分异构体。下同
Fig. 8 Correlation network of differential metabolites of flavonoids(anthocyanidins)and differentially expressed structural genes Circles represent differentially expressed structual genes,rhombuses represent differential metabolites,orange solid lines indicate a positive correlation,and green solid lines indicate a negative correlation. * indicate isomers. The same below
| 类目 Category | 代谢物 Metabolites | 结构基因 Structual genes | 转录因子基因 TF encoding genes |
|---|---|---|---|
| 花青素 Anthocyanidins | 矢车菊素-3-O-芸香糖苷 Cyanidin-3-O-rutinoside; 飞燕草素-3-O-葡萄糖苷* Delphinidin-3-O-glucoside | CHS-5;CHS-8;F3H-1;F3H-2;F3H-3;DFR-2;DFR-1;CHI-6 | MYB-4;bHLH-2;MYB-6;MYB-5;bHLH-3 |
| 查尔酮Chalcones | 柚皮素查尔酮 Naringenin chalcone;根皮苷 Phlorizin | CHS5;CHS8;PGT1-1 | - |
| 黄酮醇 Flavonols | 紫云英苷* Astragalin*;异槲皮苷* Isoquercitrin; 芦丁* Rutin;白麻苷 Baimaside | FLS-1;FLS-2;FG2-1;FG3-2 | - |
表4 类黄酮(花青素)关键差异代谢物和关键差异表达基因
Table 4 Key differential metabolites and key differentially expressed genes of flavonoids(anthocyanidins)
| 类目 Category | 代谢物 Metabolites | 结构基因 Structual genes | 转录因子基因 TF encoding genes |
|---|---|---|---|
| 花青素 Anthocyanidins | 矢车菊素-3-O-芸香糖苷 Cyanidin-3-O-rutinoside; 飞燕草素-3-O-葡萄糖苷* Delphinidin-3-O-glucoside | CHS-5;CHS-8;F3H-1;F3H-2;F3H-3;DFR-2;DFR-1;CHI-6 | MYB-4;bHLH-2;MYB-6;MYB-5;bHLH-3 |
| 查尔酮Chalcones | 柚皮素查尔酮 Naringenin chalcone;根皮苷 Phlorizin | CHS5;CHS8;PGT1-1 | - |
| 黄酮醇 Flavonols | 紫云英苷* Astragalin*;异槲皮苷* Isoquercitrin; 芦丁* Rutin;白麻苷 Baimaside | FLS-1;FLS-2;FG2-1;FG3-2 | - |
图9 转录因子编码基因与关键花色苷的相关性网络图 三角形为差异表达的转录因子编码基因。下同
Fig. 9 Correlation network of TF encoding genes and key anthocyanidins Triangles represent differentially expressed TF-encoding genes. The same below
图11 ‘朝阳椿’和普通臭椿叶片类黄酮(花青素)合成通路 灰色字体代谢物为本研究中未检测到的代谢物
Fig. 11 Flavonoid (anthocyanin)synthesis pathway in leave of‘Chaoyang’and common Ailanthus altissima Metabolites in gray font represent the metabolites not detected in this study
| [1] |
|
| [2] |
|
|
陈梦微, 邓群仙, 龙星雨, 刘岩, 夏惠, 吕秀兰, 姚永桥. 2018. ‘脆红李’果实发育过程中花色苷含量及相关基因表达分析. 基因组学与应用生物学, 37 (7):2975-2982.
|
|
| [3] |
|
|
陈倩如, 蔡文淇, 张霞, 张大毛, 李卫东, 许璐, 于晓英, 李炎林. 2021. 檵木不同叶色形成的化学成分比较研究. 园艺学报, 48 (10):1969-1982.
|
|
| [4] |
|
|
戴思兰, 洪艳. 2016. 基于花青素苷合成和呈色机理的观赏植物花色改良分子育种. 中国农业科学, 49 (3):529-542.
|
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
|
|
付林江, 李厚华, 李玲, 于航, 王拉岐. 2013. 金银花花色变化原因分析. 林业科学, 49 (10):155-161.
|
|
| [9] |
|
|
葛诗蓓, 张学宁, 韩文炎, 李青云, 李鑫. 2023. 植物类黄酮的生物合成及其抗逆作用机制研究进展. 园艺学报, 50 (1):209-224.
|
|
| [10] |
|
|
葛雨萱, 王亮生, 徐彦军, 刘政安, 李崇晖, 贾妮. 2008. 蜡梅的花色和花色素组成及其在开花过程中的变化. 园艺学报, 35 (9):1331-1338.
|
|
| [11] |
|
|
郭鸿飞, 张延龙, 牛立新, 罗建让. 2015. 8种中国野生百合花色素成分分析. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 43 (3):98-104.
|
|
| [12] |
|
| [13] |
|
|
韩雅茹, 马亚平, 陈丽华, 赵思明, 宋丽华. 2022. 转录组和代谢组联合解析气温升高和干旱互作下灵武长枣果皮花青苷代谢机制. 果树学报, 39 (5):811-825.
|
|
| [14] |
|
| [15] |
|
|
胡梦蝶, 李佳伟, 崔顺立, 侯名语, 杨鑫雷, 刘立峰, 蒋晓霞, 穆国俊. 2021. 花生花斑种皮花青素合成的转录组-代谢组联合分析. 植物遗传资源学报, 22 (6):1732-1745.
|
|
| [16] |
|
|
胡晓丹. 2021. 鲜食玉米籽粒花青素合成规律及其对糖脂代谢的调节作用[博士论文]. 广州: 华南理工大学.
|
|
| [17] |
|
| [18] |
|
|
金欣欣, 苏俏, 宋亚辉, 杨永庆, 李玉荣, 王瑾. 2024. 花生种皮类黄酮物质的代谢组与转录组分析. 作物学报, 50 (12):2950-2961.
|
|
| [19] |
|
| [20] |
|
|
李佳伟, 马钰聪, 杨鑫雷, 王梅, 崔顺立, 侯名语, 刘立峰, 胡梦蝶, 蒋晓霞, 穆国俊. 2022. 花生种皮色素合成相关通路的转录组—代谢组学联合分析. 植物遗传资源学报, 23 (1):240-254.
|
|
| [21] |
|
|
李文萍. 2014. 富含原花青素、叶酸和游离氨基酸的茶树优异种质资源的研究[硕士论文]. 福州: 福建农林大学.
|
|
| [22] |
|
|
李晓龙. 2023. ‘聊红’椿遗传转化体系的建立及果色调控相关miRNA的分离鉴定[硕士论文]. 聊城: 聊城大学.
|
|
| [23] |
|
| [24] |
|
| [25] |
|
|
李颖颖, 黄绵佳, 吴岚芳. 2012. 乙烯利对红掌佛焰苞花青素和总黄酮含量的影响. 中国农学通报, 28 (28):198-202.
|
|
| [26] |
|
| [27] |
|
|
陆小雨, 陈竹, 唐菲, 傅松玲, 任杰. 2020. 转录组与代谢组联合解析红花槭叶片中花青素苷变化机制. 林业科学, 56 (1):38-54.
|
|
| [28] |
|
| [29] |
|
|
牛义岭, 姜秀明, 许向阳. 2016. 植物转录因子MYB基因家族的研究进展. 分子植物育种,(8):2050-2059.
|
|
| [30] |
|
|
邱乾栋, 赵培宝, 郭尚敬, 于守超, 张秀省, 高祥斌. 2023. 观赏臭椿新品种‘聊红椿’. 园艺学报, 50 (7):1607-1608.
|
|
| [31] |
|
| [32] |
|
|
王超敏, 何美丹, 王文治, 袁潜华, 张树珍, 沈林波. 2024. 甘蔗条点病毒荧光定量PCR检测方法的建立及应用. 生物技术通报, 40 (6):126-133.
|
|
| [33] |
|
|
王明玉, 姜卫兵, 韩健, 王小青, 张斌斌, 马瑞娟. 2014. 不同红叶性状桃叶片花色素苷种类鉴定及呈色规律研究. 西北植物学报, 34 (7):1364-1370.
|
|
| [34] |
|
| [35] |
|
|
许海峰, 王中堂, 陈新, 刘志国, 王利虎, 刘平, 刘孟军, 张琼. 2022. 冬枣果皮着色相关类黄酮靶向代谢组学及潜在MYB 转录因子分析. 园艺学报, 49 (8):1761-1771.
|
|
| [36] |
|
|
荀守华. 2012. 彩叶乔木新品种——朝阳椿. 农业知识,(3):13.
|
|
| [37] |
|
| [38] |
|
|
余敏. 2020. 猕猴桃花青苷着色——MYB调节基因的鉴定及其功能解析[博士论文]. 武汉: 中国科学院武汉植物园.
|
|
| [39] |
|
| [40] |
|
|
郑聪慧, 徐振华, 王玉忠, 张蔓蔓, 杜克久, 李向军, 刘春鹏. 2023. 四种臭椿不同叶位叶片色素组成及分布变化. 中国农学通报, 39 (32):56-65.
|
|
| [41] |
|
|
钟培星. 2012. 芍药花瓣类黄酮成分分析及其对花色的影响[硕士论文]. 北京: 北京林业大学.
|
|
| [42] |
|
|
朱满兰. 2012. 睡莲花瓣类黄酮成分分析及其花色形成的化学机制[硕士论文]. 南京: 南京农业大学.
|
| [1] | 孙东宇, 魏冬, 杨胤延, 胡彩珠, 胡志群, 周东辉, 周碧燕. 莲雾开花对喷施氯吡硫磷的生理响应以及转录组分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(7): 1718-1732. |
| [2] | 李雪松, 华蓉, 孙达锋, 岳万松, 张俊波, 李建英, 刘绍雄. 金耳SSR分子标记开发及指纹编码构建[J]. 园艺学报, 2025, 52(7): 1780-1788. |
| [3] | 喻灿楠, 郭安芳, 陆春, 缪红军, 侯小玉, 袁天逸, 刘国元, 魏辉, 张健, 余春梅. 基于转录组和基因组开发紫薇叶色相关的SNP分子标记[J]. 园艺学报, 2025, 52(7): 1803-1816. |
| [4] | 杨春梅, 于洋, 丁雨格, 夏京, 周玲, 彭磊. 转录—代谢联合分析‘贵妃’杧果腋芽转化花芽中的淀粉与蔗糖代谢途径[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1412-1426. |
| [5] | 郭新淼, 田露瑶, 曹佳琪, 谢岩, 高妍夏, 孙志超. 白色桑椹颜色缺失分子机制初步探讨[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1451-1462. |
| [6] | 李姿燕, 陈炜曦, 李子涵, 黎茵, 梁峰铭, 曾祥利, 荐红举, 吕典秋. 基于RNA-Seq筛选调控马铃薯熟性的候选基因[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1505-1518. |
| [7] | 刘亚男, 鲍丹丹, 张四普, 牛佳佳, 许志飞, 杨永锋, 鲁云风. 叶面喷施纳米硒对猕猴桃果实氨基酸含量及代谢组的影响[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1575-1587. |
| [8] | 张悦, 冯一了, 王蓓, 任文静, 姜春昱, 赵新宇, 王彩红, 杨丽梅, 庄木, 吕红豪, 王勇, 张扬勇, 季家磊. 甘蓝叶酸合成代谢的转录组初步分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(5): 1301-1316. |
| [9] | 袁娟伟, 贾利, 王涵, 严从生, 张其安, 俞飞飞, 甘德芳, 江海坤. 辣椒种质资源疫病抗性鉴定及抗病基因挖掘[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 857-871. |
| [10] | 唐伶俐, 贺玉花, 王庆涛, 安璐璐, 徐永阳, 张健, 孔维虎, 户克云, 赵光伟. 非呼吸跃变和呼吸跃变型甜瓜成熟果实的激素与转录组分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 883-896. |
| [11] | 邵一帆, 朱宝庆, 王童欣, 廖建和, 吴繁花, 杨思怡, 冯建行, 于旭东. 基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 933-946. |
| [12] | 吝茹雪, 王斐, 张艳杰, 马力, 刘肖烽, 李舒然, 刘亚龙, 王晨, 姜淑苓, 欧春青. 梨矮生相关基因转录组筛选与功能分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(3): 545-560. |
| [13] | 冯克政, 王康, 汪永康, 赵龙龙, 廖娜, 唐小燕, 王文杰, 汪承刚, 袁凌云, 侯金锋, 吴建强, 陈国户. 乌塌菜雄性不育关键基因的鉴定及功能分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(11): 2876-2888. |
| [14] | 樊阿梅, 靳亚鑫, 何龙娇, 李琦, 张燕青, 邵祺, 宋芸, 牛颜冰, 乔永刚. 赤霉素调控连翘异型花柱生长发育的研究[J]. 园艺学报, 2025, 52(11): 3016-3030. |
| [15] | 李慧, 阚家亮, 李晓刚, 王中华, 蔺经, 杨青松. 赤霉素对‘苏翠1号’梨花芽松散的影响[J]. 园艺学报, 2025, 52(10): 2713-2726. |
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