功能转录组学分析以及干旱对柳叶蒿（Artemisia ludoviciana Nutt）次生代谢的调节作用

《BMC Plant Biology》：Functional transcriptomic analysis and drought-induced regulation of secondary metabolism in Artemisia ludoviciana Nutt

　　

摘要

背景

Artemisia ludoviciana Nutt. 是一种芳香药用植物，在墨西哥民间医学中被广泛用于传统治疗各种疾病，包括糖尿病。已经鉴定出许多与其药用特性相关的次生代谢物，其中单萜类、倍半萜类和黄酮类最为重要。尽管进行了大量研究，但支持 Artemisia ludoviciana 中次生代谢物合成的转录组学证据仍然有限。功能转录组学为了解在特定时间和条件下，协调的基因表达如何驱动 Artemisia ludoviciana 中的代谢物合成提供了分子基础。

结果

采用单一混合 RNA-seq 文库对 Artemisia ludoviciana 的叶片进行了 RNA 测序，作为一种探索性的功能转录组学方法，生成了 8.4 GB 的转录组数据。经过原始数据的 de novo 过滤和组装后，共获得 52,561 个转录本，其中 29,854 个（56.79%）通过 Blast2GO 注释到公共数据库中。进一步的 KEGG 通路分析确定了与主要植物次生代谢物生物合成通路相关的转录本。通过 qRT-PCR 方法评估了候选黄酮类相关基因（CHI、F3’MO、FSI 和 F3’OMT）在 Artemisia ludoviciana 中的基因表达。样品采集自土壤湿度约为 25% 的水分胁迫条件下。干旱条件显著降低了植物的相对含水量（32.78%）、总叶绿素和类胡萝卜素含量，同时伴随着过氧化氢积累的增加（265%），表明植物受到了氧化应激。在这些条件下，总酚类和黄酮类含量也有所下降。然而，基因表达分析显示候选黄酮类相关基因的转录本丰度增加，表明植物的黄酮类代谢途径对水分胁迫有积极的响应。这些效应可能反映了干旱胁迫下的代谢限制和黄酮类的周转。

结论

这项工作为 Artemisia ludoviciana 的功能基因注释、次生代谢物的生物合成途径及其对干旱胁迫的分子响应提供了宝贵的见解。它为进一步研究 Artemisia ludoviciana 中生物活性化合物的合成和积累机制奠定了基础。此外，它还支持开发保持或增强该物种药用特性的策略。