Transcriptomics, Targeted Metabolomics and Gene Expression of Blackberry Leaves and Fruits Indicate Flavonoid Metabolic Flux from Leaf to Red Fruit

https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00472

Abstract

由于越来越多的证据表明在这些水果中非常丰富的多酚具有有益作用，因此黑莓（Rubus spp。）是与人类健康相关的高附加值食品。有趣的是，这些化合物还对植物生理起重要作用，尤其与它们在植物抵抗生物和非生物胁迫方面的作用有关。因此，我们假设，由于黑莓果实中含有大量的黄酮醇和花青素，因此叶片中也含有大量的这些化合物，可以作为活性分子的来源进行研究。此外，叶片合成将支持其在果实中的高含量。为了探索这一假设，本研究报告了从头开始在田间生长的黑莓叶片和果实上同时进行转录组分析，以建立这些化合物在两个器官中的代谢关系。成绩单针对草莓基因组，并在不同的数据库中鉴定和注释基因；组织表达模式显示叶和果实共有20463个基因，而仅在果实中显着表达6604个基因，而叶中另外6599个基因显着过量表达，其中存在黄酮醇-花青素转运蛋白基因。生物活性特征表明，叶片中的总酚含量是果实的三倍，黄酮醇的含量是果实的六倍，而花色苷的浓度则较高。HPLC-MS分析表明，叶和果实中的成分不同，其中唯一的常见化合物是花青素3-葡糖苷。接下来，对黄酮醇花青素途径中的核心基因和调控性MYB基因进行RT-qPCR。有趣的是 黄酮-花青素途径和黄酮-转运家族中的基因在叶片中过表达，这与较高的生物活性水平相符。另一方面，转录因子在果实中过表达，预期成熟后会激活花青素的生物合成。这表明，除了在成熟过程中在果实中进行生物合成外，黄酮醇从叶片到果实的转运也有助于大量生物活性物质开始在果实中积累。

研究目标

*（i）转录组在同一时间点上设想叶片和红色果实的具体情况的相关性
*（ii）建立黄酮醇-花青素的关系

研究方法

*（蔷薇科）的参考基因组序列进行比对，描述了叶片和成熟果实的转录组

• 比较两个转录组，通过RT-qPCR定量黄酮醇-花青素途径表达的核心和调控基因
• 并对叶片和果实进行HPLC-MS分析。

研究结果

• 差异基因表达表明，叶黄酮醇在成熟的早期就转移到果实上，从而在成熟果实上获得大量积累