黄酮C-苷是黄酮苷类化合物主要存在的形式之一，其结构特征是糖通过C-C键直接连接到黄酮骨架上。相对于黄酮O-苷，其结构更稳定，不易被酸水解，并具备独特的药用特性和植物生理功能。据报道，黄酮C-苷的糖基化主要发生在类黄酮骨架的C6和/或C8位置，其中牡荆素、异牡荆素及其衍生物是分布最广的黄酮C-糖苷类化合物。目前，已从69个科300种植物中分离和鉴定了754种黄酮C-糖苷及其衍生物，并发现它们在植物的地上部分含量丰富，地下部分含量低（图一a），而这种显著的差异分布在自然界中极其普遍。然而，是什么导致了黄酮类化合物C-糖苷的差异分布？这一现象背后的调控机制是什么？其特异性积累的生物学效应是什么？等问题还不甚清楚。
近期，中国药科大学秦民坚/赵玉成教授团队以甜菜（君达菜，一种地上与地下部分黄酮C-糖苷差异分布显著的植物）为研究主体，对黄酮C-糖苷在植物中合成/调控机制、生理生化作用进行了系统性分析，为黄酮C-苷在植物体内差异分布机制及意义提供了新的见解。相关工作发表在新一期的The Plant Journal上，题为“BvCGT1-mediated differential distribution of flavonoid C-glycosides contributes to plant’s response to UV-B stress”。
为了探究“黄酮C-糖苷的差异分布在植物整个生命周期中对地上环境的适应起着重要作用”这一观点，该研究团队首先探究了有哪些环境因子可能影响黄酮C-苷的差异分布。通过系统考察甜菜中黄酮C-苷对环境中各胁迫因子的响应，发现黄酮C-苷对UV-B的响应尤为显著（图1b-d）。除此之外，他们还对介导黄酮C-苷生物合成的基因进行了挖掘并进一步从基因水平探讨黄酮C-苷对非生物胁迫的响应，发现从甜菜中克隆出的黄酮C-苷生物合成的关键基因——BvCGT1，在UV-B胁迫下其基因表达表现出显著的波动（图2）。这在一定程度上说明黄酮C-苷的差异分布与植物应对非生物胁迫尤其是UV-B胁迫息息相关，并可能在植物抵抗UV-B胁迫的过程中发挥了重要作用。
图1：黄酮C-苷对胁迫因子的响应
图2：C-糖基转移酶的功能验证及BvCGT1对各种胁迫因子的响应
因此，为进一步明确黄酮C-苷确实在植物抵御UV-B的胁迫过程发挥了重要作用，研究人员建立了BvCGT1沉默和过表达体系，并通过UV-B胁迫实验，发现基因沉默的植株中黄酮C-糖苷含量显著降低，而植株抗UV-B胁迫的能力也显著下降（图3）；反之，过表达BvCGT1的植株对抗UV-B能力则有明显提高（图4）。并进一步在丹参等植物中进行了进一步的测试（补充材料部分），这进一步说明了黄酮C-苷确实可以帮助植物抵抗UV-B胁迫。
图3：下调BvCGT1可降低植株抵抗UV-B的能力。
图4：在拟南芥中过表达BvCGT1可增强植物对非生物胁迫尤其是UV-B胁迫的耐受性。
除此之外，为了揭示植物体内黄酮C-苷及黄酮C-苷糖基转移酶BvCGT1在植物体内具体的调控因素，研究人员分析了调控BvCGT1表达并且可以响应非生物胁迫的顺式作用元件，最终确定了两个直接调控BvCGT1表达的转录因子BvDof8和BvDof13（图5）。同时，还基于甜菜UV-B胁迫处理前后的转录组比较分析，提出一个可能的转录调控网络：在UV-B胁迫下，UVR8与COP1相互作用，促进HY5、P1等蛋白的积累，这引起UV-B光形态发生的变化，并可能直接或间接激活BvDof8和BvDof13的表达。BvDof8和BvDof13则靶向调控BvCGT1，从而进一步促进了甜菜地上部分黄酮类化合物C-糖苷的富集，最终保护植物免受UV-B辐射（图6）。
图5. UV-B调节元件和BvDof8和BvDof13对BvCGT1启动子的转录激活
图6：黄酮C-糖苷介导的UV-B转录调控网络模型。
总之，通过化学分析、关键基因功能鉴定、生理生化分析、体内体外实验，该研究系统地证明了BvCGT1介导的黄酮C-糖苷的生物合成对植物适应UV-B的作用。此外，以两个转录因子（BvDof8和BvDof13）为中心的转录调控网络的提出，为黄酮C-苷在植物体内差异分布机制提供了新的见解。
中国药科大学中药学院中药资源系硕士研究生曾慧慧/李帅为本文的共同第一作者。中国药科大学中药学院中药资源系秦民坚/赵玉成教授为论文的共同通讯作者。中国药科大学谢国勇/朱艳副教授、皖西学院易善勇副教授、江苏植物所徐晟副研究员也参与了部分工作。该工作主要得到了中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设项目”（第一标注）、国家自然科学基金、中央高校基本业务费、秦药特色资源研究开发重点实验室开放课题、安徽省大别山中医药研究院开放课题、云南特色提取实验室开放课题等项目的资助。
