Comparative Metabolomic and Transcriptomic Analyses Identify Candidate Genes Associated with Flavonoid Accumulation and Phenylpropanoid Metabolism in Large-Fruited Hawthorn (Malus doumeri (Bois) Chev.)

大果山楂（Malus doumeri）是广西靖西的地理标志产品，兼具药食两用价值，富含黄酮类功能代谢物。然而，不同种质间黄酮含量差异显著，其生物合成的分子机制尚不明确，限制了种质评价与高值化利用。

本研究整合非靶向代谢组与转录组技术，对比了高、低黄酮含量的大果山楂种质G8和G9，系统解析了差异代谢物与关键基因的关联，为揭示黄酮积累的调控网络提供了数据支撑。

近日，广西壮族自治区亚热带作物研究所陈赶林团队在《Molecules》（IF=4.6）发表了题为“Comparative Metabolomic and Transcriptomic Analyses Identify Candidate Genes Associated with Flavonoid Accumulation and Phenylpropanoid Metabolism in Large-Fruited Hawthorn (Malus doumeri (Bois) Chev.)”的研究论文，系统解析了高、低黄酮含量大果山楂种质中黄酮类代谢物组成及苯丙烷代谢通路的分子调控机制。

唯誉智合为该研究提供了非靶向代谢组学分析，为机制验证与数据支撑提供了技术支持。

研究内容 

黄酮含量与代谢组学分析

本研究检测到G9鲜果总黄酮含量为18.88 mg/g，是G8的3.5倍。代谢组学共鉴定103种代谢物，其中黄酮类占61.17%，异黄酮类占15.53%。OPLS-DA分析显示G8与G9代谢谱显著分离（R2Y、Q2均>0.9）。共筛选出26种差异积累代谢物（DAMs），G9中上调的代谢物主要为黄酮类。

图1：G8与G9果实表型、总黄酮含量及代谢物多元统计分析

转录组分析与差异基因表达

RNA-seq共获得平均46,837,115条clean reads，比对率为81.49%。以|log2FC|≥1且padj<0.05为标准，鉴定出2065个差异表达基因（DEGs），其中992个上调、1073个下调。KEGG富集分析显示，DEGs显著富集于苯丙烷生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等通路。

图2：转录组数据多元统计及DEGs功能富集分析

关键调控基因与通路分析

在苯丙烷生物合成通路中检测到28个DEGs，包括6个HCT基因；黄酮生物合成通路中17个DEGs，其中6个HCT和1个LAR基因在G9中显著上调。异黄酮生物合成通路中PTS基因在G9中上调。整合分析发现，[6]-姜辣素与6个HCT基因共富集于二芳基庚烷和姜辣素生物合成通路，且5个HCT基因与[6]-姜辣素丰度呈强正相关（r>0.8，p<0.05）。

图3：[6]-姜辣素生物合成通路及HCT基因表达热图

转录因子与qRT-PCR验证

共鉴定1097个差异表达转录因子，其中494个上调。相关性分析筛选出WRKY（LOC103427630）、MYB（LOC103434665）和bHLH（LOC103422512）三个转录因子，与HCT（LOC103454980）及[6]-姜辣素显著相关（p<0.01）。qRT-PCR验证了10个候选基因的表达趋势，与RNA-seq结果一致，其中HCT、WRKY和bHLH在G9中上调最显著。

图4：差异转录因子分析及qRT-PCR验证结果

加工方式对功能代谢物的影响

绝对定量显示，冻干后G9中[6]-姜辣素含量为0.263 µg/g，显著高于G8（0.023 µg/g）。G9冻干样品总黄酮含量达72.61 mg/g，显著高于鲜样（14.94 mg/g）。抗氧化实验表明，冻干样品在0.15 mg/mL浓度下DPPH·清除率达94.77%，与VC无显著差异；·OH清除率在低浓度下显著高于VC。

图5：不同加工方式下[6]-姜辣素含量、总黄酮含量及抗氧化活性比较

总结

综合以上结果，本研究得出结论：高黄酮种质G9中黄酮类代谢物积累显著高于G8，其差异代谢物主要为黄酮和异黄酮类；转录组与代谢组整合分析揭示，HCT、WRKY和bHLH等基因可能通过调控苯丙烷代谢通路促进[6]-姜辣素等代谢物的生物合成；冻干加工可有效保留功能代谢物并增强抗氧化活性。该研究不仅深化了对大果山楂黄酮积累分子机制的理解，也为高黄酮种质选育和加工工艺优化提供了新的理论与技术参考。