闽江学院副教授以第一作者身份在JCR一区Top期刊（IF5y=6.2）上发表研究成果

近日，闽江学院地理与海洋学院潘铖烺/陈建明教授团队在plant physiology and biochemistry发表了题为《羽叶落地生根的UDP-糖基转移酶参与槲皮苷生物合成并发挥抗氧化作用》（Involvement of UDP-glycosyltransferase of Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers in quercitrin biosynthesis and consequent antioxidant defense）的研究论文。闽江学院潘铖烺副教授、已毕业本科生王献锋和谢云杰博士为论文共同第一作者，闽江学院潘铖烺副教授、陈建明教授和福建省农科院方智振研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和福建闽江河口湿地国家自然保护区管理处开放课题等项目的资助。

植物在应对各种非生物胁迫时，通常会在组织中积累抗氧化剂和多种保护性化合物。落地生根属植物富含活性化合物，这些化合物以高效的抗氧化能力和强大的抗逆性而闻名。虽然在羽叶落地生根K. pinnata (Lam.) Pers中已发现了一些生物活性化合物，如类黄酮、三萜类、苷类、类固醇、莨菪内酯和有机酸等，但发挥这种抗氧化生物活性的主要物质尚未知晓。因此，探索羽叶落地生根中的关键生物活性物质并解析其相关生物合成途径，可为该植物的开发利用提供重要的科学理论依据。

在这项研究中，研究团队通过广泛靶向代谢组比较分析了落地生根属具有代表性的三个物种（羽叶落地生根Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers、玉吊钟Kalanchoe delagoensis (Eckl. et Zeyh.) Druce和棒叶落地生根Kalanchoe fedtschenkoi ‘Rosy Dawn’），结果表明黄酮类化合物是这三种植物中含量差异最高的一类代谢产物。其中，羽叶落地生根中的槲皮苷含量明显高于其他两种。

图1 落地生根属三种植物的差异代谢物水平聚类分析

实验选取了处于相同生长阶段的三株植物，并从每株植物中采集了三个样本（共9个样本），使用UPLC-MS/MS进行分析，以检测代谢物水平的差异。通过主成分分析（PCA）和聚类分析，将所有已鉴定的代谢物分为13个不同的类别。

图2 鉴定落地生根属三种植物的关键代谢物

落地生根属三种植物的差异代谢物分析。红色框表示K pinnata (Lam.) Pers中的代谢物水平明显高于其他两种植物。绿色框表示K. delagoensis (Eckel. et Zeyh.) Druce和K. fedtschenkoi 'Rosy Dawn'的代谢物水平明显高于K. pinnata (Lam.) Pers。

为了确定槲皮苷的主要生物合成途径，研究团队随后对羽叶落地生根不同组织进行转录组和靶向代谢组关联分析。结果表明UDP-糖基转移酶调节槲皮苷的合成。通过体外酶分析和烟草中的瞬时表达，研究团队证明了KpUGT74F催化槲皮素的糖基化反应，从而生成槲皮苷。

图3 K pinnata (Lam.) Pers.中关键类黄酮代谢物的鉴定和加权基因共表达网络分析

(A) 用MetWare (http://www.metware.cn/)和AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台测试槲皮苷含量。(B) 使用AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台对K pinnata (Lam.) Perswas的不同组织进行黄酮类化合物代谢组学分析，使用韦恩图筛选差异代谢物。根据RNA-seq筛选参与黄酮类化合物生物合成的差异表达基因。(C) 代谢组学和转录组学检测的WGCNA结果被分为几个模块。图中显示了基因表达与代谢物水平之间的正（红线）和负（绿线）相关性。红色高亮部分表示相关性较强的模块，数字为相关系数。

图4 鉴定K. pinnata (Lam.) Pers中参与槲皮苷合成的候选基因

(A)根据RNA-seq筛选出参与黄酮类化合物合成的关键基因，并通过实时定量RT-PCR进行验证。(B) 代谢物含量通过AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台测量，并通过MetWare (http://www.metware.cn/)进行分析。

图5 KpUGT74F的系统发育分析、多重序列比对和体外酶测定

(A)使用MEGA5的邻接法进行系统发育和进化分析，并进行了1000次重复。(B)来自拟南芥和亚麻的UGT氨基酸序列的多序列比对。其他序列包括KpUGT74F (OP326757)、AtUGT74B1 (AT1G24100)、AtUGT74F2 (AT2G43820)和LuUGT74S1 (AGD95005)。(C) 槲皮素被用作糖基受体，与不同的糖配体（UDP葡萄糖、UDP鼠李糖、UDP木糖和葡萄糖醛酸）发生反应，反应由目标蛋白催化。通过HPLC检测产物，确定酶的功能，以表征目标蛋白对底物的选择性。

图6 候选基因在N. benthamiana中的瞬时表达

（A-B）KpUGT74F过表达载体被注射到4-5周大的N. benthamiana植物的叶片中，烟草叶片中的基因和蛋白表达分别通过qPCR和蛋白质印迹法进行验证。（C-D）使用AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台与MetWare（http://www.metware.cn/）测量烟草和野生型（WT）叶片中槲皮苷及其相关代谢物的含量。

这项研究确定了羽叶落地生根中的重要抗氧化物质及其关键调控机制，为理解这些植物的高抗逆性提供了重要的理论基础。