近期，Horticulture Research（SCI，中科院一區(qū)TOP期刊，5-year IF=8.2）在線發(fā)表了青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院柴國華教授團(tuán)隊題為Saline-alkali stress affects the accumulation of proanthocyanidins and sesquiterpenoids via the MYB5-ANR/TPS31 cascades in the rose petals的研究論文。
土壤鹽堿化是一個世界性問題。目前，全世界約有8.31×108公頃的土地遭受不同程度的鹽堿化和堿化，而且這一面積還在不斷增加。玫瑰作為一種耐鹽灌木，不但是生態(tài)修復(fù)的理想樹種，而且其花瓣中富含的次生代謝物廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥和食品工業(yè)。玫瑰在鹽堿地中能夠正常生長，進(jìn)化出復(fù)雜的適應(yīng)機(jī)制，但其花瓣中代謝的調(diào)控機(jī)制尚不明確，這大大限制了玫瑰在鹽堿地生態(tài)修復(fù)和高附加值產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用。
本研究綜合探究了鹽堿脅迫條件下玫瑰花瓣中次生代謝物積累的機(jī)制。在鹽堿脅迫下，1363個基因和196種代謝物豐度發(fā)生了顯著變化。這些差異表達(dá)基因和差異積累代謝物主要與黃酮類、萜類代謝和細(xì)胞壁重建有關(guān)。其中，轉(zhuǎn)錄因子MYB5與黃酮類和萜類化合物豐度高度關(guān)聯(lián)。在合成生物學(xué)底盤植物煙草中，玫瑰TERPENE SYNTHASE 31 （TPS31）基因在自身啟動子驅(qū)動下過表達(dá)導(dǎo)致多種萜類化合物豐度發(fā)生顯著變化，特別是鹽堿脅迫誘導(dǎo)倍半萜類物質(zhì)（大麻素）大量積累。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MYB5直接激活A(yù)NR表達(dá)促進(jìn)原花青素（PA）合成，同時直接抑制TPS31表達(dá)阻止倍半萜合成。鹽堿脅迫減除了MYB5對ANR和TPS31表達(dá)的調(diào)控作用，進(jìn)而影響原花青素和倍半萜積累。本研究的發(fā)現(xiàn)有助于在鹽堿地開發(fā)利用玫瑰，通過綠色合成花瓣內(nèi)含物保障食品醫(yī)藥保健行業(yè)原料供應(yīng)。
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院柴國華教授為論文通訊作者，助理教授王巧為論文第一作者。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)白玉娥教授，山東省林科院燕麗萍研究員，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)吳秀文教授、杜金哲副教授、陳艷副教授、李峰副教授以及資源與環(huán)境學(xué)院碩士研究生杜寶泉、白雨婧也參與了研究。該研究得到山東省重點研發(fā)項目（2023LZGVC012）、東營市社會科學(xué)項目（DYSK-2024-272）、青島市民生科技項目（22-1-3-13-zyyd-nsh）、黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)科技專項（2022SZX39）以及山東省泰山學(xué)者工程（tsqn202103092）項目的資助。
