整合性植物化学与转录组学分析揭示了调控泰国穿心莲（Andrographis paniculata）中14-脱氧穿心莲内酯（14-Deoxyandrographolide）生成的基因

《ACS Omega》：Integrative Phytochemical and Transcriptomic Analysis Reveals Genes Regulating 14-Deoxyandrographolide in Thai Andrographis paniculata

本研究系统分析了泰国40份Andrographis paniculata材料的二萜内酯(AP1-AP6)化学组成，发现AP6含量差异显著。通过聚类分析和转录组测序，鉴定了255个差异表达基因，包括CYP94C1-like、CYP84A1-like等候选基因，揭示了AP6生物合成的遗传调控机制，为原料标准化和品种选育提供了理论依据。

　　
本研究以泰国 Andrographis paniculata (AP) 标准化为核心，通过多组学整合分析揭示了14-去氧andrographolide（AP6）生物合成调控机制。该植物作为传统医药的重要来源，其有效成分AP1已被广泛研究，但AP6作为其前体物质，在抗纤维化和心血管保护方面展现出独特药理活性。研究团队采集了泰国不同地区的40份AP野生种质资源，通过HPTLC和HPLC系统分析发现：AP6含量存在显著地理变异（0.41%-1.70% w/w），且与AP1（5.4%-7.0% w/w）存在反向相关性，这暗示AP6可能通过代谢调控影响AP1的合成。

在化学指纹图谱构建方面，采用双波长HPTLC（254nm和366nm）结合衍生化反应（Kedde试剂和NP/PEG），成功鉴别出AP1、AP2、AP4、AP6四类主要二萜类内酯。其中AP2在多数样本中含量低于检测阈值，而AP6表现出最大变异幅度。通过UPGMA聚类分析，AP6含量差异可划分为高（HAP）和低（LAP）两组，其中高AP6组包含Bangkok、Pathum Thani 8等典型地理来源样本。

转录组测序发现两组样本存在255个差异表达基因（DEGs），其中CYP94C1-like（LOC127251729）、CYP84A1-like（LOC127250079）和β-香草酸28-单加氧酶-like（LOC127264669）这三个关键酶基因在HAP组中显著上调（log2FC≥1.5，P<0.001）。GO富集分析显示这些DEGs主要参与氧化还原代谢（如细胞色素P450催化）、萜类生物合成相关酶活性调控，以及ABC转运蛋白介导的次生代谢物转运过程。

在代谢通路上，CYP94C1-like可能催化AP6的羟基化修饰，CYP84A1-like参与双键氧化反应，而β-香草酸28-单加氧酶-like则调控碳链延长过程。值得注意的是，ABC转运蛋白家族（如LOC127250798）的上调可能影响AP6在细胞内的分布与积累。此外，茉莉酸信号通路相关基因（如ATHB-12-like）的协同表达提示环境胁迫可能通过激素调控间接影响AP6合成。

该研究建立了AP6生物合成基因调控网络模型：上游转录因子调控（如Gibberellin regulated protein 6-like）激活下游代谢酶基因表达，通过CYP450酶系的级联氧化反应完成AP6的立体化学构建。这种多层级调控机制解释了为何不同地理种群中AP6含量差异可达3.3倍（1.70%-0.41%）。

在应用层面，研究团队开发出基于AP6含量的分子标记筛选体系，通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，成功将CYP94C1-like表达量提升2.3倍，使AP6合成效率提高47%。同时，结合代谢组学数据建立的数学模型，可实现AP6含量的预测精度达92.5%（R2=0.875），为标准化种植提供了理论支撑。

该研究首次整合了HPTLC指纹图谱、HPLC定量分析和RNA测序技术，构建了AP6生物合成的"化学-转录-代谢"三维调控网络。后续研究计划采用代谢工程手段，将CYP94C1-like与AP6合成酶基因（如CYP84A1-like）共表达，预期可使AP6产量达到现有水平的3倍。这些发现不仅完善了AP代谢通路图谱，更为药用植物品种改良和活性成分定向合成提供了新策略。