将转录组学与代谢组学相结合，揭示了导致Amomum tsao-ko（一种香料植物）具有特定颜色及挥发性物质的差异性机制

《Industrial Crops and Products》：Integrating transcriptomics with metabolomics reveals the differential mechanisms underlying the color and volatile substances of Amomum tsao-ko

花青素积累与转录调控相关，深红品种果皮花青素含量显著高于红、棕色，其活性成分如pelargonidine-3-O-rutinoside和cyanidin-3-O-glucoside差异表达基因可能涉及调控。挥发物与萜类分布因颜色和部位而异，单萜（β-石竹烯）在深红果皮，二萜（amomaxin B）在深红种子，单萜（香叶醇）在棕色种子，甲基赤藓糖醇磷酸途径（MEP）基因在棕色品种上调，甲羟戊酸途径（MVA）相关基因在深红品种中显著调控。

　　在植物学和药理学领域，植物的外观特征往往与其生物活性密切相关。其中，Amomum tsao-ko（草果）作为一种重要的药用和食用植物，其果皮颜色的多样性引起了研究者的广泛关注。草果主要分布于中国西南地区和越南北部，其中云南是其主要种植区域。它不仅在传统饮食中扮演重要角色，还广泛应用于食品和化妆品工业，并在中医中被用作治疗多种疾病的药材。现代研究表明，草果具有广泛的生物活性，包括抗糖尿病、抗菌、抗氧化、抗肥胖、抗炎、抗增殖、抗真菌和抗癫痫等作用。这些特性与草果丰富的次生代谢产物密切相关，包括萜类、脂肪族、芳香族、酚类和黄酮类化合物。然而，目前对于草果果皮颜色变化及挥发性化合物形成的分子调控机制仍缺乏系统的了解。

本研究旨在通过转录组学和代谢组学技术，探讨不同颜色果皮草果中代谢物和基因表达的差异，从而揭示其颜色变化与活性成分积累之间的关系。通过对果皮、胎座和种子三部分进行分析，研究发现果皮的颜色差异最为显著，而种子和胎座在不同颜色草果之间呈现出相似的色泽。这表明果皮可能是草果颜色变化的主要来源。进一步的代谢分析显示，果皮中的类黄酮和花青素含量与颜色强度密切相关。例如，果皮颜色最深的草果（暗红色）中，花青素的含量最高，达到91.86 μg/g，而红色和棕色草果的花青素含量分别比暗红色低54.14%和79.18%。此外，暗红色果皮中的黄酮类物质含量也显著高于其他两种颜色，表明其颜色变化可能与花青素和黄酮类物质的积累密切相关。

在挥发性化合物方面，研究发现草果的挥发性成分种类繁多，包括萜类、杂环化合物、酯类、醇类、烃类和酮类。其中，萜类化合物是主要的挥发性成分，占据了总挥发物的约21.91%。通过进一步分析不同颜色草果的挥发性成分，发现暗红色草果的果皮中β-蒎烯含量最高，而红色草果的种子中α-芳樟醇含量显著增加，棕色草果的种子和胎座中香叶醛含量最为丰富。这些挥发性化合物不仅具有独特的香气，还表现出多种生物活性，如抗菌、抗炎、抗氧化等，使其在食品添加剂、药物开发和化妆品行业具有广泛应用的潜力。

在基因表达方面，研究通过RNA-Seq技术分析了草果果皮、种子和胎座的转录组数据，发现不同颜色草果之间存在显著的基因表达差异。特别是，在暗红色草果中，与花青素合成相关的基因表达水平较高，如C4H和4CL等上游基因，以及F3H、F3′H、DFR和ANS等下游基因。这些基因的协同上调可能促进了花青素的合成和积累，从而导致暗红色果皮的形成。相比之下，棕色草果中与单萜合成相关的基因表达更为显著，如MVK、MVD、DXS、ISPD和ISPH，这些基因的表达增强可能促进了单萜的合成和积累，进而影响草果的香气特征。

此外，研究还通过RT-qPCR验证了部分关键基因的表达模式，发现大多数基因的表达趋势与RNA-Seq结果一致，进一步支持了转录组数据的可靠性。通过整合代谢组和转录组数据，研究揭示了草果中代谢物积累与基因表达之间的关联。例如，暗红色草果的种子中，GGPPS（牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合酶）的高表达可能促进了二萜类化合物的合成，而这些化合物在不同颜色草果的种子中呈现出不同的分布模式，表明果皮颜色可能是识别特定功能萜类资源的潜在表型标记。

综上所述，本研究通过系统分析草果果皮、种子和胎座的代谢物和基因表达，揭示了颜色变化与活性成分积累之间的关系。研究结果不仅有助于理解草果的生物学特性，还为草果品种选育、不同部位的差异化利用以及相关基因的功能研究提供了新的视角和科学依据。未来的研究可以进一步探索这些基因在草果生长发育和环境适应中的具体作用，以及如何通过基因编辑等手段调控其代谢产物的合成，以提高草果的药用价值和经济价值。