整合代谢组学与转录组学解析绿鳞百合鳞茎类黄酮生物合成

餐桌上的百合与药柜里的良方

百合鳞茎长期以来既是食材也是中医常用药材，用于安神、止咳并促进整体健康。本研究对两种近缘百合材料的鳞茎进行深入分析，以弄清为何其中一种新选育品系“雪峰”表现出更强的抗性并富含有益植化物。通过对鳞茎中的小分子代谢物和活跃基因同时绘制图谱，研究者揭示了这一新材料相比传统“龙芽”如何合成更多类黄酮——这类植物化合物与抗氧化、抗炎及其他保护性作用相关。

两株近亲百合各有千秋

绿鳞百合（Lilium brownii var. viridulum），俗称“龙芽”，在中国湖南部分地区既是重要的食用作物也是药用资源。近期育种者从野生山地材料中选育出一个新品系“雪峰”，因其突出的抗病性而受到关注。然而此前尚未清楚其内部化学成分如何与龙芽相比。鉴于植物类黄酮是健康膳食的重要成分且人体无法自行合成，研究团队着手检测雪峰鳞茎中是否含有更多此类化合物，并寻找可能解释差异的基因开关。

对鳞茎的化学普查

研究者首先将两种百合的鳞茎样品烘干研磨，采用高效液相色谱—质谱联用技术同时检测数千种分子。他们共鉴定出1,454种不同代谢物，类黄酮及相关酚酸在化学谱系中占主导地位。比较两品系后发现雪峰更为突出：数百种化合物在该品系中含量更高，且所有可检测的类黄酮在雪峰中均高于龙芽。在85种显著差异的类黄酮中，近一半为黄酮醇类——这类分子常与抗氧化活性相关，另有黄酮、黄烷酮、花青素等亚型。直接测量也证实雪峰鳞茎的总类黄酮含量明显高于龙芽，提示其潜在的更强保健价值。

解读基因控制面板

单凭化学差异无法解释为何一种鳞茎会产生更多类黄酮，因此研究者还测定了鳞茎的RNA，反映哪些基因被打开。他们发现近1.6万条基因在两种百合间存在表达差异。许多差异基因聚集在已知的由苯丙氨酸合成类黄酮的通路中。关键酶基因，如编码查尔酮合酶、黄酮醇合酶以及驱动后续步骤的其他酶，通常在雪峰中表达更高。将基因表达与代谢物水平匹配后发现强正相关：当特定酶基因表达升高时，其下游的类黄酮产物往往积累更多，这进一步支持这些基因助力雪峰化学丰度的观点。

调控色彩斑斓植物化合物的主开关

除了执行化学反应的酶，植物还依赖转录因子——像主控开关一样调节整个通路的调控蛋白。研究团队聚焦两大家族MYB和bHLH，这两类蛋白常协同激活花青素及其他类黄酮。在雪峰鳞茎中，与类黄酮生产相关的数十个MYB和bHLH基因的表达高于龙芽。更深入的进化分析与相关性分析挑选出一个MYB和四个bHLH候选基因，似乎在促进花青素和黄酮醇形成方面尤为重要，可能通过上调核心通路酶的表达发挥作用。随后用定量PCR的验证实验证实，这些调控基因及其靶向酶在雪峰中呈现出一致的较高活性。

对未来百合和食品的意义

化学与基因证据共同勾勒出清晰图景：雪峰百合鳞茎将内部代谢装置重新配置，使更多前体流向类黄酮合成，相较于传统龙芽更富类黄酮。这使雪峰成为功能性食品、草本药物，甚至化妆品原料中天然抗氧化物和其他生物活性化合物的有前景来源。通过定位促成这一提高的关键酶和主控开关，该研究为育种者和生物技术工作者提供了切实的目标，以培育具有更高保健价值、更强抗病能力和从田间到餐桌更稳定品质的新百合品系。

引用: Wang, PT., Xue, YJ., Liu, F. et al. Integrative metabolomic and transcriptomic profiling deciphers flavonoid biosynthesis of bulbs in Lilium brownii var. Viridulum. Sci Rep 16, 13814 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43274-5

关键词: 百合鳞茎, 类黄酮, 药用植物, 代谢组学, 植物育种