金银花(Lonicera maackii)动态花色转变的分子机制：LmMYB94-LmCHS模块通过调控类黄酮生物合成实现花色动态变化

本研究针对金银花(Lonicera maackii)独特的白-金色花色转变现象，通过多组学整合分析揭示了LmMYB94转录因子通过直接激活LmCHS(查尔酮合成酶)表达调控类黄酮生物合成的分子机制。研究人员利用TO-GCN(时序基因共表达网络)构建了花色转变的调控网络，通过转基因互补实验证实LmCHS功能，并运用Y1H(酵母单杂交)和双荧光素酶报告系统验证了LmMYB94-LmCHS调控模块。该发现为木本观赏植物花色分子育种提供了新靶点，对指导药用采收期判定具有重要意义。

　　

在植物王国中，花色转变犹如一场精妙的化学魔术表演，而金银花(Lonicera maackii)的"白转金"变色特技尤为引人入胜。这种多年生忍冬科灌木不仅具有观赏价值，其花色的快速转变更被视为判定最佳药用采收期的"生物钟"。然而长久以来，这场魔术背后的分子机关始终蒙着神秘面纱。花色主要由类黄酮化合物决定，这类次生代谢产物不仅是植物的"天然色素"，还具有抗氧化、抗炎等多种药理活性。尽管已知金银花含有丰富的绿原酸、黄酮类等活性成分，但关于其动态花色转变的分子调控机制，科学界仍缺乏系统认知。

北京林业大学生物科学与技术学院的研究人员通过整合时序转录组学和代谢组学分析，绘制了金银花五个发育阶段的花色转变调控图谱。研究发现LmMYB94转录因子如同"分子开关"，通过直接激活查尔酮合成酶(LmCHS)的表达来调控类黄酮生物合成通路，最终驱动花色从白色向金色的神奇转变。这项突破性成果发表在农林科学领域权威期刊《Industrial Crops and Products》上，为观赏植物分子育种提供了全新视角。

研究人员采用了多学科交叉的研究策略：首先通过UPLC-MS/MS对白花(T3)和金色花(T4)阶段进行靶向代谢组分析；利用Illumina平台开展五个发育阶段的转录组测序，采用DESeq2进行差异表达基因筛选；构建时序基因共表达网络(TO-GCN)鉴定核心调控模块；通过农杆菌介导的烟草瞬时表达系统进行亚细胞定位；采用拟南芥tt4突变体互补实验验证基因功能；最后运用酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统解析转录调控机制。

研究结果部分：

3.1 转录组测序概览

对绿色花蕾(T1)、白色花蕾(T2)、白花(T3)、金花(T4)和金色凋花(T5)五个发育阶段进行RNA测序，获得117.95 Gb高质量数据，PCA分析显示生物学重复性良好。

3.2 DEGs的GO和KEGG分析

鉴定到16,853个差异表达基因(DEGs)，KEGG富集显示类黄酮生物合成通路显著富集，暗示其参与花色转变。

3.3 花色动态调控网络

通过TO-GCN分析发现4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)在T1阶段特异性高表达，而13个类黄酮通路结构基因在T4-T5阶段表达达到峰值。

3.4 白-金花转变期的类黄酮积累

代谢组分析发现231个差异积累代谢物(DAMs)，柚皮素查尔酮及其衍生物在金色花阶段显著下调。

3.5 LmCHS的鉴定与系统发育分析

LmCHS具有典型的催化三联体(Cys¹⁶⁴-His³⁰³-Asn³³⁶)，亚细胞定位显示其同时存在于细胞质和细胞核。

3.6 LmCHS在拟南芥中的功能验证

在tt4突变体中过表达LmCHS可部分恢复种子褐色表型，并使总黄酮含量显著增加。

3.7 LmMYB94对LmCHS的转录调控

Y1H和双荧光素酶实验证实LmMYB94可直接结合并激活LmCHS启动子，而LmMYB111无此功能。

这项研究首次揭示了LmMYB94-LmCHS模块通过精确调控类黄酮生物合成驱动金银花动态花色转变的分子机制。特别值得注意的是，LmCHS的核定位暗示其可能具有非经典功能，这为理解植物CHS蛋白的多功能性提供了新线索。从应用角度看，该发现不仅为木本观赏植物的花色分子设计育种提供了关键靶点，其建立的时序调控网络模型还可推广应用于其他具有花色转变特性的经济作物。研究人员建议未来结合单细胞测序和CRISPR-Cas9基因编辑技术，进一步解析花色转变的细胞特异性调控机制，为开发"智能变色"观赏植物奠定理论基础。