基于代谢组学和转录组学，探讨LED蓝光调控西兰花芽中硫代葡萄糖苷生物合成及硫代葡萄糖苷（如萝卜硫素）积累的机制

《Journal of Integrative Agriculture》：Mechanism of LED blue light regulation of glucosinolates biosynthesis and sulforaphane accumaltion in broccoli sprouts based on metabolomics and transcriptome

高亚左|华为松|贾毅刘|亚芬钟|小云卢|振珠胡|柯黄|俊伟王

湖南农业大学园艺学院，长沙410128，中国

摘要

西兰花芽因其高营养价值和丰富的硫代葡萄糖苷（SF）而备受重视，其品质特性受到光照质量的显著影响。然而，光照对西兰花芽中硫代葡萄糖苷（GSLs）生物合成的调控机制仍不明确。本研究以‘香绿3号’西兰花芽为实验材料，比较了在黑暗条件下（对照组）和五种不同LED光谱条件下生长的西兰花芽。我们评估了西兰花芽的生长情况，测定了GSLs和SF的含量，测量了总抗氧化能力，并评估了其对癌细胞的细胞毒性。随后进行了综合代谢组学和转录组学分析。结果表明，与黑暗对照组相比，蓝光显著增强了西兰花芽中GSLs的生物合成和SF的积累，同时提高了抗氧化能力并抑制了癌细胞的增殖。代谢组学分析显示，在蓝光作用下有19种GSL代谢物发生了显著变化，其中6种上调，13种下调。烷基GSLs的变化最为明显，而SF的含量显著增加。转录组学分析发现了9,128个在蓝光作用下差异表达的基因（DEGs）。研究结果表明，蓝光通过抑制碳链延长及其侧链的二次修饰来调控GSLs的生物合成，尤其是AGS的合成。我们提出了一个由HY5-MYB28-CYP83A1信号通路组成的调控模型。在该模型中，蓝光诱导光响应转录因子HY5的上调，HY5随后激活其下游靶基因MYB28的表达，进而上调CYP83A1的表达，最终促进GSLs和SF的生成。本研究阐明了光照质量对西兰花芽品质调控的分子机制，为提高栽培效率和品质改进策略提供了宝贵的见解。