《Frontiers in Plant Science》：Integrated transcriptome and metabolome analyses reveal key genes regulating jujuboside biosynthesis in Ziziphus jujuba var. spinosa
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本综述通过整合转录组和代谢组分析，系统阐明了酸枣（Ziziphus jujuba var. spinosa）种子中皂苷类活性成分（如酸枣仁皂苷A/B）的生物合成机制。研究鉴定出2040个差异表达基因（DEGs）和1593个差异积累代谢物（DAMs），筛选出35个核心基因富集于皂苷代谢、单加氧酶活性及糖基化过程。进一步发现UDP-葡萄糖基转移酶（UGT）和两个CYP450家族基因（LOC107404388、LOC125422327、LOC107406771）的表达模式与皂苷积累呈正相关，且在花后45-65天（DAF）高表达。研究为酸枣药用成分的代谢工程和品质改良提供了关键靶点（如CYP716A亚家族、UGT29），并提示非生物胁迫耐受性与皂苷合成存在潜在关联。
引言
失眠症患者数量的快速增长推动了对镇静药物的市场需求，作为传统中药的酸枣仁（Ziziphus jujuba var. spinosa）种子需求激增。其核心活性成分酸枣仁皂苷A和B的生物合成途径及调控机制尚不明确，制约了标准化制剂开发和产业健康发展。尽管酸枣仁皂苷的苷元结构与达玛烷型三萜同源，但其特征性酮缩醛环的形成机制具有特异性，涉及达玛烯二醇II（dammarenediol-II）C-16和C-30位点的氧化修饰及环化反应，该过程高度依赖羟基化酶催化。CYP450超家族（特别是CYP716A亚家族）和UDP-葡萄糖基转移酶（UGT）在达玛烷型三萜合成中发挥关键作用，但其在酸枣仁皂苷合成中的功能异质性仍待解析。
方法
研究在山东省东营市广饶县（土壤盐度1.2‰）选取5年生酸枣植株，于花后35、45、55、65、75、85天（DAF）采集10个杂交品种种子。采用高效液相色谱-蒸发光散射检测器（HPLC-ELSD）测定酸枣仁皂苷A、B及苷元含量。选取45和65 DAF的种子进行转录组和代谢组分析，通过超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS/MS）进行代谢物检测，转录组测序采用Illumina平台PE150策略。通过qRT-PCR验证关键基因表达，克隆候选基因并构建系统发育树。统计学分析采用Student’s t检验，显著性阈值设为*p < 0.05。
结果
酸枣皂苷积累模式具有品种特异性
在10个品种中，7个品种的苷元含量随时间下降，而皂苷A/B含量上升；但1、4、8号品种在65 DAF时皂苷积累异常升高，成熟期含量显著高于其他品种，表明其皂苷代谢调控存在差异。
多组学揭示品种间显著差异
主成分分析（PCA）显示DAF是代谢组（PC1=40.6%）和转录组（PC1=47.32%）主要变异来源。共鉴定2040个DEGs和1593个DAMs，其中35个核心DEGs在所有比较组中均显著。GO分析显示这些基因富集于皂苷代谢过程、单加氧酶活性、血红素结合及糖苷代谢过程。KEGG通路分析表明三萜皂苷生物合成相关基因表达差异是皂苷积累变异的关键。
关键基因鉴定与功能验证
LOC107404388（UGT29-like）、LOC125422327和LOC107406771（CYP716A家族）在45-65 DAF高表达，85 DAF被抑制，且在高皂苷品种（如1号）中表达更高。qRT-PCR验证其表达趋势与皂苷积累正相关。系统发育分析确认LOC107404388属于UGT超家族，后两者为CYP716家族成员。在5号品种中，这三个基因的表达峰值与皂苷A/B积累高峰同步，进一步支持其参与皂苷合成。
讨论
胁迫响应与皂苷合成的关联
低皂苷品种（如3号）中非生物胁迫响应基因下调，提示胁迫耐受性与皂苷合成存在负相关。该现象在人参（Panax ginseng）、黄芩（Scutellaria baicalensis）等药用植物中均有报道，表明胁迫信号通路可能通过调控次生代谢影响皂苷合成。
关键酶基因的功能推测
CYP716A亚家族成员（如LOC125422327、LOC107406771）可能催化达玛烯二醇II的氧化修饰，类似其在人参皂苷合成中对C-12位点的羟基化作用。UGT29-like基因（LOC107404388）可能负责糖基化反应，与已报道的UGTPg29催化人参皂苷Rh2向Rg3转化的功能类似。这些基因为解析酸枣仁皂苷合成网络提供了候选靶点。
结论
整合分析揭示了酸枣仁皂苷生物合成的关键调控基因及代谢动态，为通过代谢工程提升皂苷产量、改良药材品质奠定了分子基础。后续研究需通过功能验证（如异源表达、基因编辑）明确候选基因的催化功能及调控网络。
