《Frontiers in Plant Science》：Stage-specific metabolic divergence in flavonoid biosynthesis correlates with embryogenic capacity in rubber tree (Hevea brasiliensis)
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本研究通过整合代谢组与转录组分析，揭示了橡胶树（Hevea brasiliensis）高、低胚性基因型在体细胞胚胎发生（SE）不同阶段的代谢重编程规律。研究发现，黄酮类生物合成途径在愈伤组织诱导期呈现保守性激活，而在分化关键期则出现显著基因型差异：高胚性基因型（HE）通过协同抑制CHS、UFGT等关键基因及糖苷化代谢，将代谢流重新分配至初级代谢；低胚性基因型（LE）则维持较高的黄酮类合成活性。该研究为解析木本植物体细胞胚胎发生的代谢调控网络提供了新视角，并为改良顽固基因型的SE效率提供了潜在靶点。
引言：体细胞胚胎发生作为橡胶树关键无性繁殖技术
天然橡胶作为不可替代的工业原料，其唯一商业化来源橡胶树（Hevea brasiliensis）的繁殖却面临高度异交性、幼龄期长等诸多挑战。体细胞胚胎发生（SE）技术能培育出自根幼态无性系（SRJC），相比传统嫁接苗具有生长速率快、产量高、性状均一等突出优势。然而，SE技术在橡胶树中的应用深受基因型依赖性的制约，仅少数基因型（如云研73477）具备高效胚胎发生能力，而多数重要栽培品种（如热垦628）则表现顽固型低胚性。解析这种基因型依赖性形成的代谢基础，对突破橡胶树SE技术瓶颈具有重要理论意义。
材料与方法：多组学整合分析策略
研究以高胚性基因型Yunyan73477（HE）和低胚性基因型Reken628（LE）为材料，采集其SE过程中四个关键发育阶段样本：外植体（EX）、诱导愈伤组织（IC）、胚胎性愈伤组织（HE-EC）/非胚胎性愈伤组织（LE-C）以及子叶期胚胎（HE-CE）。通过超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）平台进行非靶向代谢组检测，结合已发表的转录组数据，进行主成分分析（PCA）、差异代谢物（DAMs）筛选、KEGG通路富集分析以及多组学关联分析。
结果：代谢景观揭示阶段特异性重编程特征
全局代谢谱分析共鉴定到1,383个代谢物，归属为11个大类，其中黄酮类（23.50%）、酚酸（17.64%）和氨基酸及其衍生物（10.41%）占比最高。PCA分析表明样本聚类主要受发育阶段而非基因型驱动，前两个主成分（PC1和PC2）累计解释63.59%的方差。差异代谢物分析显示，基因型间代谢差异在愈伤组织向分化期过渡阶段（LE-C vs. HE-EC）最为显著（349个DAMs），且KEGG富集一致指向黄酮类生物合成通路为关键差异通路。
比较分析发现代谢调控呈现“保守-分化”模式：在外植体向愈伤组织转化阶段，两基因型黄酮代谢高度保守，67.5%的差异表达基因（DEGs）和85.7%的DAMs呈现一致调控方向；而在愈伤组织向分化期转化阶段，代谢分化显著，仅37.5%的DEGs和6.7%的DAMs共同调控，且11个黄酮相关基因出现相反表达趋势。
黄酮代谢通路的多组学整合解析
愈伤组织诱导期保守激活特征：在EX→IC阶段，两基因型均呈现黄酮类生物合成通路的协同激活。上游限速酶基因（CHS、CHI）及下游修饰基因（F3H、DFR、LDOX/ANS）显著上调，二氢黄酮醇类（如二氢杨梅素、花旗松素）大量积累，而黄酮醇合成酶（FLS）基因则被显著抑制，表明碳流被导向花青素和前花青素分支，以应对脱分化过程的氧化应激。
分化关键期的代谢分化机制：在IC→EC/C阶段，HE基因型呈现“转化型”代谢模式，协同抑制CHS、CHI、F3H及UFGT（UDP-葡萄糖基转移酶）等基因表达，降低柚皮素等黄酮前体积累，整体减弱二氢黄酮醇合成，从而将代谢资源（如丙二酰辅酶A、UDP-葡萄糖）重新分配至缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸生物合成、泛酸和辅酶A（CoA）生物合成等初级代谢途径。相反，LE基因型维持“维持型”代谢模式，虽然黄酮前体合成速率部分降低，但糖基化系统持续活跃，氨基酸糖和核苷酸糖代谢增强，导致次级代谢活性居高不下，可能阻碍胚胎发育所需的初级代谢重构。
讨论：代谢重编程塑造胚性能力的新范式
本研究首次在橡胶树中系统揭示了SE过程中阶段特异性的代谢重编程规律，并阐明黄酮类代谢在基因型依赖性中的核心作用。代谢分化不仅体现在通路活性上，更反映在资源分配策略上：HE基因型在分化关键期通过抑制黄酮合成，释放丙二酰辅酶A用于脂肪酸生物合成（满足膜形成需求），并释放UDP-葡萄糖用于细胞壁构建等胚胎发育关键过程；而LE基因型持续的黄酮代谢则可能造成资源竞争，干扰胚性转化。
这一发现与多种针叶树和双子叶植物SE研究中“过度次级代谢抑制胚胎发生”的结论相呼应。研究提出，黄酮代谢与胚性能力之间可能存在双向调控：上游发育转录因子（如BBM、LEC）通过协调激素信号和表观遗传修饰，间接调控代谢状态；而代谢产物则通过资源竞争、调节活性氧（ROS）平衡和激素运输等机制反馈影响胚胎发育进程。
此外，关键差异代谢物如N1,N10-双（对香豆酰）亚精胺、L-抗坏血酸（维生素C）等的特异性积累，也提示多胺代谢和抗氧化系统在SE中的潜在作用。未来通过基因编辑靶向调控CHS、糖基转移酶等关键节点，或优化培养基成分引导代谢流，有望为改良顽固基因型的SE效率提供新策略。
该研究不仅深化了对木本植物体细胞胚胎发生代谢基础的理解，也为通过代谢工程手段突破无性繁殖瓶颈提供了理论依据和候选靶点。
