转录组与代谢组联合分析揭示遮阴对芦笋木质素生物合成的调控作用

芦笋属于百合科，具有重要的经济和药理价值。木质素在细胞壁结构完整性、茎强度、水分运输、机械支撑以及植物对病原体的抗性方面发挥着至关重要的作用。本研究采用多种生物学方法探讨了遮阴对芦笋木质素积累途径的作用机制。生理结果表明，遮阴显著降低了茎粗和细胞壁木质素含量。显微组织观察表明，遮阴减少了维管束数量和木质部面积，导致木质素含量下降，从而降低了芦笋的木质化程度。肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子醇是木质素合成过程中的关键中间代谢物。代谢组分析显示，遮阴显著降低了肉桂酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子醇的含量。转录组分析共鉴定出37个与木质素相关的差异表达基因，包括PAL、C4H、4CL、CAD、CCR、POD、CCoAOMT和F5H相关酶活性调控基因。在遮阴处理下，POD、CCoAOMT和CCR基因的表达水平显著下调，而CAD和F5H基因的表达水平随着遮阴程度的增加未表现出显著差异。遮阴处理下POD、CCoAOMT基因的下调以及CCR基因表达水平的降低抑制了相应酶的活性，导致下游咖啡酸、阿魏酸、芥子醇、绿原酸和松柏苷的含量减少。随着遮阴，观察到上游肉桂酸含量显著下降，这同样导致了下游代谢产物的减少并降低了芦笋木质素含量。在本研究中，转录组和代谢组分析揭示了遮阴处理下芦笋木质素的关键调控基因和代谢产物。本研究为进一步理解木质素生物合成机制及相关基因的相互作用提供了参考。