谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 是调节细胞内氧化还原平衡并影响植物代谢、抗氧化和解毒等多个生理过程的主要表征物质。用不同浓度的还原型谷胱甘肽 (GSH) 和氧化型谷胱甘肽 (GSSG) 处理 Pogostemon cablin,发现 2 mM GSH 和 4 mM GSSG 处理促进了广藿香醇和pogostone的合成。通过转录组分析共鉴定出 6620 个显著差异表达基因。KEGG 分析显示,DEGs 主要富集于代谢途径、次生代谢产物生物合成、碳代谢和植物激素信号通路;2 mM GSH (11d) 组 388 个 DEGs,4 mM GSSG (11d) 组 254 个 DEGs 与次生代谢物的生物合成有关。基因集富集分析 (GSEA) 的进一步分析显示,两个处理组之间分别有 139 个和 83 个与萜烯合成相关的 DEGs,以及合成途径中关键基因的表达 (11 HMGR,4DXR,2GPPS11 H M G R, 4 D X R, 2 G P P S和8PTS8 P T S) 上调,这可能是转录因子调节其表达的结果。本研究初步表明,谷胱甘肽氧化还原对诱导萜烯生物合成途径相关基因的表达,从而促进广藿香醇和藿香石的生物合成,为调控广藿香药用成分含量的技术提供了参考依据。 谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 是调节细胞内氧化还原平衡并影响植物代谢、抗氧化和解毒等多个生理过程的主要表征物质。 用不同浓度的还原型谷胱甘肽 (GSH) 和氧化型谷胱甘肽 (GSSG) 处理 Pogostemon cablin,发现 2 mM GSH 和 4 mM GSSG 处理促进了广藿香醇和pogostone的合成。 通过转录组分析共鉴定出 6620 个显著差异表达基因。 KEGG 分析显示,DEGs 主要富集于代谢途径、次生代谢产物生物合成、碳代谢和植物激素信号通路; 2 mM GSH (11d) 组 388 个 DEGs,4 mM GSSG (11d) 组 254 个 DEGs 与次生代谢物的生物合成有关。 基因集富集分析 (GSEA) 的进一步分析显示,两个处理组之间分别有 139 个和 83 个与萜烯合成相关的 DEGs,以及合成途径中关键基因的表达 ( 11 HMGR,4DXR,2GPPS11 H M G R, 4 D X R, 2 G P P S 和 8PTS8 P T S ) 上调,这可能是转录因子调节其表达的结果。 本研究初步表明,谷胱甘肽氧化还原对诱导萜烯生物合成途径相关基因的表达,从而促进广藿香醇和藿香石的生物合成,为调控广藿香药用成分含量的技术提供了参考依据。
1. 引言
谷胱甘肽以还原 (GSH) 和氧化 (GSSG) 形式存在于植物中,GSH 起着主要的生理功能(Di Giacomo等人,2023 年)。谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 是植物代谢中用途最广泛的氧化还原对之一,它维持细胞氧化还原的稳定性,还作为促进植物生长和发育的信号通路(Locato等人,2017 年;Graham等人,2024 年)。近年来,据报道,谷胱甘肽氧化还原状态可以影响花粉萌发和花粉管生长(García-Quirós等人,2020 年),介导脱落酸信号传导以调节种子休眠和发芽(Koramutla等人,2021 年),并参与植物 谷胱甘肽以还原 (GSH) 和氧化 (GSSG) 形式存在于植物中,GSH 起着主要的生理功能(Di Giacomo等人,2023 年)。谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 是植物代谢中用途最广泛的氧化还原对之一,它维持细胞氧化还原的稳定性,还作为促进植物生长和发育的信号通路(Locato等人,2017 年;Graham等人,2024 年)。近年来,据报道,谷胱甘肽氧化还原状态可以影响花粉萌发和花粉管生长(García-Quirós等人,2020 年),介导脱落酸信号传导以调节种子休眠和发芽(Koramutla等人,2021 年),并参与植物的生长根系的生长,控制养分吸收和植物生长(Park等人,2021 年)和其他生理功能。作为一种重要的细胞内抗氧化剂,外源谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 还可以减轻非生物胁迫因素 (高盐、金属毒性、低温) 引起的植物损伤 (周 et al., 2017;Li et al., 2021;Wang et al., 2021)。作为诱导剂或兴奋剂,应用 GSH 可激活与苯丙氨酸和类黄酮合成途径相关的酶的表达。它促进鹰嘴豆植物中异黄酮类化合物的合成(José et al., 2001)。谷胱甘肽的氧化还原状态影响小球藻中次生代谢物的合成,外源性 GSH 促进小球藻中 GSH 代谢,但在轻固体条件下抑制虾青素生物合成(胡 et al., 2020)。它还 谷胱甘肽以还原 (GSH) 和氧化 (GSSG) 形式存在于植物中,GSH 起着主要的生理功能(Di Giacomo等人,2023 年)。 谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 是植物代谢中用途最广泛的氧化还原对之一,它维持细胞氧化还原的稳定性,还作为促进植物生长和发育的信号通路(Locato等人,2017 年; Graham等人,2024 年)。 近年来,据报道,谷胱甘肽氧化还原状态可以影响花粉萌发和花粉管生长(García-Quirós等人,2020 年),介导脱落酸信号传导以调节种子休眠和发芽(Koramutla等人,2021 年),并参与植物根系的生长,控制养分吸收和植物生长(Park等人,2021 年)和其他生理功能。 作为一种重要的细胞内抗氧化剂,外源谷胱甘肽氧化还原对 (GSH/GSSG) 还可以减轻非生物胁迫因素 (高盐、金属毒性、低温) 引起的植物损伤 (周 et al., 2017; Li et al., 2021; Wang et al., 2021)。 作为诱导剂或兴奋剂,应用 GSH 可激活与苯丙氨酸和类黄酮合成途径相关的酶的表达。 它促进鹰嘴豆植物中异黄酮类化合物的合成(José et al., 2001)。 谷胱甘肽的氧化还原状态影响小球藻中次生代谢物的合成,外源性 GSH 促进小球藻中 GSH 代谢,但在轻固体条件下抑制虾青素生物合成(胡 et al., 2020)。 它还
Pogostemon cablin (Blanco) 本斯.属于唇形科,一种芳香草本药用植物,是中国“南方十大药”之一(Shen et al., 2022)。广藿香醇和pogostone是广藿香精油中重要的萜烯代谢产物,是广藿香油质量控制的重要参考(Hiremath et al., 2024)。萜类化合物(iso�yloids)是植物产生的一类重要的次生代谢产物,具有抗炎、抗氧化和抗菌作用(Li等,2023)。萜烯生物合成途径已明确,由甲羟戊酸 (MVA) 和赤藓糖醇-4-磷酸 (MEP) 两条途径合成,合成途径相关基因包括HMGR,FPPSH M G R, F P P S、TPS、PTS、GGPPS、DXR、DXS 等(Pu et al., 2021)。已经发现,外源性抗应激激素 MeJA 和 SA 处理可以促进植物中萜烯代谢物的合成,并且转录因子起着关键的调节作用(Sun等人,2018 年;Lei et al., 2022)。据报道,AP2/ERF 家族成员 SmERF128 积极调节丹参中二萜丹参酮的生物合成(Zhang等人,2019 年)。据报道,MYB TFs 还参与单萜、二萜和三萜的生物合成。SmMYB36 可以激活 DXS、DXR 和 GGPPS 的表达,以调节二萜丹参酮的生物合成 (Ding et al., 2017)。FhMYB21 与 FhTPS1 结合,增加 TPS 酶活性并调节单萜芳樟醇合成 (Yang et al., 2020)。BpMYB21 可以激活角鲨烯环氧化物酶 (SE) 的表达并促进三萜类角鲨烯的合成 (Yin et al., 2020)。已经确定 bHLH TFs 中的一些 MYC 家族成员可促进薰衣草(Dong等人,2022 年)、番茄(Xu等人,2018 年)、青蒿(Ishfaq等人,2019 年)和其他植物(Aslam等人,2020 年)中萜类化合物的合成。关于广藿香中萜类化合物的分子调控机制,PatWRKY71 (Li et al., 2024)、PatDREB (Chen et al., 2022) 和 PatSWC4 (Chen et al., 2020) 已在 WRKY、MYB 和 AP2/ERF 家族成员中鉴定出增强 PatPTS 酶活性以促进广藿香醇的合成。关于广藿香的研究报告侧重于分析从叶子中提取的广藿香精油的主要化合物(Nour 等人,2024 年;Pandey等人,2022 年),以及分析与叶片代谢途径中活性成分相关的转录组及其调节机制(Wang等人,2023 年)。然而,关于广藿香中药用成分积累机制的研究较少。 Pogostemon cablin (Blanco) 本斯. 属于唇形科,一种芳香草本药用植物,是中国“南方十大药”之一(Shen et al., 2022)。 广藿香醇和pogostone是广藿香精油中重要的萜烯代谢产物,是广藿香油质量控制的重要参考(Hiremath et al., 2024)。 萜类化合物(iso�yloids)是植物产生的一类重要的次生代谢产物,具有抗炎、抗氧化和抗菌作用(Li等,2023)。 萜烯生物合成途径已明确,由甲羟戊酸 (MVA) 和赤藓糖醇-4-磷酸 (MEP) 两条途径合成,合成途径相关基因包括 HMGR,FPPSH M G R, F P P S 、TPS、PTS、GGPPS、DXR、DXS 等(Pu et al., 2021)。 已经发现,外源性抗应激激素 MeJA 和 SA 处理可以促进植物中萜烯代谢物的合成,并且转录因子起着关键的调节作用(Sun等人,2018 年; Lei et al., 2022)。 据报道,AP2/ERF 家族成员 SmERF128 积极调节丹参中二萜丹参酮的生物合成(Zhang等人,2019 年)。 据报道,MYB TFs 还参与单萜、二萜和三萜的生物合成。 SmMYB36 可以激活 DXS、DXR 和 GGPPS 的表达,以调节二萜丹参酮的生物合成 (Ding et al., 2017)。 FhMYB21 与 FhTPS1 结合,增加 TPS 酶活性并调节单萜芳樟醇合成 (Yang et al., 2020)。 BpMYB21 可以激活角鲨烯环氧化物酶 (SE) 的表达并促进三萜类角鲨烯的合成 (Yin et al., 2020)。 已经确定 bHLH TFs 中的一些 MYC 家族成员可促进薰衣草(Dong等人,2022 年)、番茄(Xu等人,2018 年)、青蒿(Ishfaq等人,2019 年)和其他植物(Aslam等人,2020 年)中萜类化合物的合成。 关于广藿香中萜类化合物的分子调控机制,PatWRKY71 (Li et al., 2024)、PatDREB (Chen et al., 2022) 和 PatSWC4 (Chen et al., 2020) 已在 WRKY、MYB 和 AP2/ERF 家族成员中鉴定出增强 PatPTS 酶活性以促进广藿香醇的合成。 关于广藿香的研究报告侧重于分析从叶子中提取的广藿香精油的主要化合物(Nour 等人,2024 年; Pandey等人,2022 年),以及分析与叶片代谢途径中活性成分相关的转录组及其调节机制(Wang等人,2023 年)。 然而,关于广藿香中药用成分积累机制的研究较少。
In this study, different concentrations of GSH and GSSG were used to treat PP.Cablin 研究不同浓度谷胱甘肽处理下广藿香醇和pogostone的含量及其合成途径关键酶基因的表达水平,并结合转录组分析筛选出次生代谢途径中的差异表达基因。本研究揭示了外源性谷胱甘肽调节PP.cablin,为控制药用成分含量提高提供参考依据PP.卡布林。 在本研究中,使用不同浓度的 GSH 和 GSSG 治疗 PP .Cablin 研究不同浓度谷胱甘肽处理下广藿香醇和pogostone的含量及其合成途径关键酶基因的表达水平,并结合转录组分析筛选出次生代谢途径中的差异表达基因。本研究揭示了外源性谷胱甘肽调节 PP .cablin,为控制药用成分含量提高提供参考依据 PP .卡布林。