近日，闽江学院地理与海洋学院潘铖烺/陈建明教授团队在plant physiology and biochemistry发表了题为《羽叶落地生根的UDP-糖基转移酶参与槲皮苷生物合成并发挥抗氧化作用》（Involvement of UDP-glycosyltransferase of Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers in quercitrin biosynthesis and consequent antioxidant defense）的研究论文。闽江学院潘铖烺副教授、已毕业本科生王献锋和谢云杰博士为论文共同第一作者，闽江学院潘铖烺副教授、陈建明教授和福建省农科院方智振研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和福建闽江河口湿地国家自然保护区管理处开放课题等项目的资助。
植物在应对各种非生物胁迫时，通常会在组织中积累抗氧化剂和多种保护性化合物。落地生根属植物富含活性化合物，这些化合物以高效的抗氧化能力和强大的抗逆性而闻名。虽然在羽叶落地生根K. pinnata (Lam.) Pers中已发现了一些生物活性化合物，如类黄酮、三萜类、苷类、类固醇、莨菪内酯和有机酸等，但发挥这种抗氧化生物活性的主要物质尚未知晓。因此，探索羽叶落地生根中的关键生物活性物质并解析其相关生物合成途径，可为该植物的开发利用提供重要的科学理论依据。
在这项研究中，研究团队通过广泛靶向代谢组比较分析了落地生根属具有代表性的三个物种（羽叶落地生根Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers、玉吊钟Kalanchoe delagoensis (Eckl. et Zeyh.) Druce和棒叶落地生根Kalanchoe fedtschenkoi ‘Rosy Dawn’），结果表明黄酮类化合物是这三种植物中含量差异最高的一类代谢产物。其中，羽叶落地生根中的槲皮苷含量明显高于其他两种。
图1 落地生根属三种植物的差异代谢物水平聚类分析
图2 鉴定落地生根属三种植物的关键代谢物
为了确定槲皮苷的主要生物合成途径，研究团队随后对羽叶落地生根不同组织进行转录组和靶向代谢组关联分析。结果表明UDP-糖基转移酶调节槲皮苷的合成。通过体外酶分析和烟草中的瞬时表达，研究团队证明了KpUGT74F催化槲皮素的糖基化反应，从而生成槲皮苷。
图3 K pinnata (Lam.) Pers.中关键类黄酮代谢物的鉴定和加权基因共表达网络分析
(A) 用MetWare (http://www.metware.cn/)和AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台测试槲皮苷含量。(B) 使用AB Sciex QTRAP 6500 LC-MS/MS平台对K pinnata (Lam.) Perswas的不同组织进行黄酮类化合物代谢组学分析，使用韦恩图筛选差异代谢物。根据RNA-seq筛选参与黄酮类化合物生物合成的差异表达基因。(C) 代谢组学和转录组学检测的WGCNA结果被分为几个模块。图中显示了基因表达与代谢物水平之间的正（红线）和负（绿线）相关性。红色高亮部分表示相关性较强的模块，数字为相关系数。
图4 鉴定K. pinnata (Lam.) Pers中参与槲皮苷合成的候选基因
图5 KpUGT74F的系统发育分析、多重序列比对和体外酶测定
图6 候选基因在N. benthamiana中的瞬时表达
