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Mol plant| 四川大学张阳/刘明春课题组绘制高分辨率番茄关键发育时期代谢调控网络图

来源：花匠小妙招时间：2025-09-01 08:16

2020年6月15日，四川大学生命科学学院 张阳/刘明春课题组联合在 Molecular Plant在线发表题为“ MicroTom Metabolic Network: Rewiring Tomato Metabolic Regulatory Network throughout the Growth Cycle” 的研究论文。 通过选取小汤姆番茄（MicroTom）20个发育关键时期，结合广泛靶向代谢组学和转录组学联合分析，绘制了高分辨的番茄发育过程代谢调控网络。

番茄是世界范围内最受欢迎的果蔬之一，因其具有周期短、产量高、营养丰富等优点，被视为具有重要经济价值的园艺作物。同时，由于番茄基因组较小，可利用的突变体资源和分子生物学工具多，也被视为经典的模式植物，具有十分重要的科研价值。多年来，番茄重要代谢物的遗传机制解析主要集中于对特定组织和品种间的差异分析，而对番茄生命周期代谢流的变化规律及其调控网络研究较少。如果化合物或代谢途径不在采样组织中表达，则很难解析其调控网络。

为建立番茄生长周期内的代谢和转录调控机制，该研究开发了一个时空高分辨率的番茄代谢组和转录组数据集，通过整合番茄20个组织和发育时期的代谢组和转录组数据，绘制了番茄整个生长发育过程中主要代谢变化的全景图，为深入解析番茄主要代谢物的转录调控网络奠定了基础，并为模式和非模式植物代谢调控的深入研究提供了新思路。

通过对番茄不同生长发育时期的根、茎、叶、花苞、花以及果实不同发育和成熟时期共20个组织进行代谢组和转录组联合分析，广泛靶向代谢组共检测到540个代谢物，时空高分辨率转录组共检测到31,256个表达基因。根据组织特异性表达模式，对代谢组进行聚类分析，共得到分别对应于番茄各组织不同发育时期的10个簇。以10个簇的代谢物为靶标，对转录组进行共表达分析，经过严格筛选，最终得到17,003个高度正相关并与代谢物具有一致表达模式的共表达基因。

通过选取番茄重要营养成分-黄酮类代谢途径进行分析，发现 SlF3'5'H 与 SlMYB75 共表达相关性显著，而与 SlMYB12 共表达相关性较低。结合双荧光素酶实验，解释了前人研究中 SlMYB75 和 SlMYB12 过表达的番茄果实分别呈现花青素积累的紫色和黄酮醇积累的橙黄色的原因。与此同时，通过共表达网络筛选到一个新的调控类黄酮代谢的关键转录因子SlERF.G3-like。转基因番茄果实和转录激活实验揭示了SlERF.G3-like作为黄酮类化合物新型转录因子调控苯丙氨酸到类黄酮类化合物代谢途径的分子机制。该研究也是番茄中首次报道乙烯响应因子ERF参与类黄酮代谢的调控，丰富了ERF家族基因的生物学功能，也为进一步完整解析类黄酮代谢转录调控网络奠定了基础。

甾体生物碱类化合物作为番茄中的反营养成分，其代谢途径的化合物和结构基因主要聚集在共表达簇V中，并且簇V包含已报道的 GAME 基因簇，说明在该共表达数据中，相同代谢途径的基因表达和代谢物积累在番茄生长周期中具有显著相关性。通过对甾体生物碱代谢途径所在的簇V进行深入分析，筛选到转录因子SlbHLH114。通过对果实特异性表达 SlbHLH114 的转基因番茄果实转录组数据表明，SlbHLH114对甾体生物碱代谢途径的调控范围包括初级代谢的糖酵解途径、甲羟戊酸途径和次级代谢的环阿屯醇途径、胆固醇合成途径以及甾体生物碱代谢途径。LC-MS结果表明，甾体生物碱类化合物也有不同程度的上调。结合双荧光素酶实验结果表明，SlbHLH114能够结合代谢途径结构基因从而诱导其高表达。 由此说明，SlbHLH114是控制甾体生物碱代谢途径的新的正调控因子。

该研究的共表达数据是对当前的番茄多组学资源的重要补充。先前的研究主要集中在比较不同个体、基因型和物种之间的特定组织。而该研究通过覆盖番茄大多数组织和发育阶段，提供了番茄整个生长周期内代谢变化和转录动力学的高分辨率图谱，可用于指导未来不同物种和种质间比较的实验设计，同时为番茄的精细化改良提供参考。同时，本项目的实施也为其他园艺作物的多组学研究提供了思路。

四川大学张阳研究员和 刘明春研究员是共同通讯作者。四川大学马涛教授、德国马普学会 Alisdair Fernie教授以及法国图卢兹大学 Mondher Bouzayen教授的团队参与了本课题的研究。该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持

来源：Mol Plant植物科学

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所属分类：花卉