Multi-Omics zeigt lichtqualitätsabhängige Phytohormon- und Transkriptionsfaktornetzwerke, die die Flavonoidbiosynthese in Ludisia discolor regulieren

Hintergrund/Ziele: Ludisia discolor, eine gefährdete Arzneiorchidee, ist eine wichtige Quelle für bioaktive Flavonoide, die für die Vermehrung und die Produktion von Metaboliten kultiviert werden muss. Während die Lichtqualität die metabolischen Prozesse beeinflusst, sind die Mechanismen, die Lichtbedingungen, Phytohormon-Signalisierung und Flavonoidbiosynthese verbinden, unklar. Diese Studie untersucht, wie spezifische Lichtqualitäten den sekundären Stoffwechsel anregen, um die Gewebekultur und Konservierungsstrategien zu verbessern. Methoden: L. discolor wurde unter streng regulierten LED-Umgebungen (blau, rot, gelb und grün) kultiviert. Ein integrierter Multi-Omics-Ansatz, der transkriptomische Sequenzierung und gezieltes metabolomisches Profiling kombiniert, wurde verwendet, um Blätter zu analysieren und die Veränderungen der Pflanzenhormone mit Flavonoidmetabolitwerten zu korrelieren. Ergebnisse: Die LED-Lichtqualitäten veränderten signifikant die Profile von Flavonoiden und Phytohormonen und erbrachten 80 einzigartige Flavonoide. Blaues und rotes Licht förderten effektiv die Ansammlung von Flavonoiden, während gelbes Licht diese unterdrückte. Transkriptomik, validiert durch qRT-PCR, offenbarte unterschiedliche Expressionsmuster in wichtigen Strukturgenen (z. B. 4CL, PAL, CYP73A, FLS, CCoAOMT, C12RT1). Zehn Transkriptionsfaktoren (darunter MYB93, bZIP36, bHLH4 und bZIP44) mit hormon-responsiven Cis-Elementen wurden mit 16 Strukturgenen co-exprimiert. Besonders bemerkenswert ist, dass blaues Licht die Signalisierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) induzierte, wodurch die Produktion von Phytohormonen (IAA, GA, ABA) aktiviert wurde. Diese Hormone stimulierten anschließend die Transkriptionsfaktoren und erhöhten die Biosynthese von Verbindungen wie Neohesperidin und Hesperetin. Fazit: Wir schlagen ein neuartiges Regulierungsmodell vor, bei dem lichtinduzierte ROS und Phytohormon-Kaskaden spezifische Transkriptionsfaktoren aktivieren, die die Expression von Strukturgenen im Flavonoidweg steigern. Diese Ergebnisse beleuchten die molekularen Mechanismen des lichtgetriebenen sekundären Stoffwechsels und bieten wertvolle Einblicke für die nachhaltige Landwirtschaft und die ex situ-Konservierung gefährdeter Arzneiorchideen.