编译：寒江雪，编辑：夏甘草、江舜尧。
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导读
蓝光广泛调控植物的多种生理过程和次生代谢。虽然蓝光量(光照率)对植物很重要，但很少有人关注不同蓝光强度对植物尤其是茶树次生代谢调节的影响。本研究对茶树嫩芽（一芽两叶）时期补充三种不同强度蓝光进行转录组和代谢组分析。不同强度蓝光与对照组差异分析发现高强度蓝光对茶树的转录有影响。这些差异基因注释为光合作用、脂质代谢和类黄酮合成的途径。DEG中最多的转录因子(TF)家族是bHLH和MYB参与植物类黄酮的调控。检测到明显变化的代谢物中含有15种脂类和6种黄酮类成分。加权基因共表达网络分析(WGCNA)发现 CsMYB (TEA001045)可能通过蓝光调节脂质和类黄酮代谢的枢纽基因。原名：Exploration of the Effects of Different Blue LED Light Intensities on Flavonoid and Lipid Metabolism in Tea Plants via Transcriptomics and Metabolomics译名：转录组和代谢组分析不同蓝光LED光强对茶树类黄酮和脂类代谢的影响期刊：INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCESDOI号：10.3390/ijms21134606本研究选择茶树嫩芽（一芽两叶）时期，分别在正常白光培养30天后补充14天三种强度不同的蓝光低强度蓝光（LBL），中强度蓝光（MBL）和高强度蓝光（HBL），对照仍继续白光培养。分别取嫩芽组织，每组三次重复，进行转录组和代谢组测序分析。为了揭示茶树在不同蓝光强度下的分子调控机制，本研究对三种蓝光LED强度下的茶树枝条(一芽两叶)进行了转录组测序。转录组数据统计情况如表1。与白光（CK）相比，随着蓝光强度的增加，转录本的丰度降低（图1 A）。不同蓝光强度下的差异表达基因(DEG)的数量如图1B、C所示。与对照相比，低强度蓝光（LBL），中强度蓝光（MBL）和高强度蓝光（HBL）中的DEG总数分别为1、7和1097个，表明低强度蓝光对茶树芽的影响不大。选择12个DEG做qRT-PCR验证转录组数据准确性，qRT-PCR的结果与RNA-Seq结果呈正相关（图2）。
图1不同蓝光强度下茶树幼苗基因表达谱分析及差异表达基因分析。A不同蓝光强度下茶树基因表达密度图。B同蓝光强度下茶树DEG的维恩图。C每个差异分组中上调或下调基因数目。
如图3所示，大多数DEG都注释为脂质代谢，类黄酮代谢，能量代谢，碳水化合物代谢和氨基酸代谢。在这些DEG中，能量代谢中的光合作用和硫代谢显著富集，表明茶树苗在高强度蓝光下的能量代谢相关的响应，影响多种次生代谢产物的合成。在GO富集分析中，10个最显著富集的GO term（FDR <0.05）包含了57个DEG，包括β-葡聚糖代谢，碳水化合物分解代谢，多糖分解代谢，光合作用，类黄酮生物合成等（图4A）。在KEGG富集分析中，10个最显著富集的途径（FDR <0.05）注释到了97 DEG，包括黄酮和黄酮的生物合成，光合生物中的碳固定，光合作用，脂肪酸生物合成等（图4B）。因此，在CK和HBL之间的DEG与光合作用以及脂质和类黄酮的代谢有关。在HBL中参与光合作用的17个DEG显著上调（图5），表明高强度蓝光调节茶树的能量代谢。
图3DEG在白光(CK)和高强度蓝光(HBL)中的代谢途径。
将类黄酮生物合成的19个相关差异基因可视化（图6）。这19个基因包括2个C4H，2个4CL，6个CHS，2个CHI，1个F3H，1个DFR，2个F3’H，1个FLS和1个ANS基因。HBL中的所有结构DEG均显著下调，尤其是CHS（TEA018665）和ANS（TEA015762），表达量下调10倍，表明高强度蓝光全面抑制了茶树中的类黄酮代谢。
在脂肪酸生物合成和降解途径中（图7），只有FabG（TEA003420）在HBL中上调了4.45倍，其他七个结构DEG下调。由于参与该途径的大多数结构DEG转录丰度均显著降低，说明脂肪酸合成过程在高强度蓝光下受到了抑制。
转录因子（TF）是参与调节植物生长发育的重要调节因子，而转录因子bHLH和MYB 已被证明在调节植物类黄酮积累中起重要作用。在CK和HBL之间总共鉴定的16个TF家族包含54个差异表达转录因子（DETF）（图8）。其中包括11个bHLH和8个MYB数目最多，其次是7个AP2/ERF、5个相关、5个bZIP和4个NAC。他们的表达趋势类黄酮生物合成的相关结构DEG的表达趋势一致。
在不同强度蓝光下的茶树嫩芽中共鉴定出48种显著变化的代谢物（SCM）。与CK相比，LBL，MBL和HBL的SCM的数目如图9A。在聚类热图中进一步展示了SCM的倍数变化（图9 B）。这些SCM主要属于脂质和类脂质分子和类黄酮，以及少量的碳水化合物和碳水化合物衍生物，核苷酸和氨基酸及其衍生物。15种脂类和类脂分子可再分为脂酰基、甘油脂类、甘油磷脂类、普列诺脂类、糖脂类和类固醇及其衍生物，其中有7种在HBL下上调。有6种类黄酮含量发生显著变化。代谢物数据进一步显示了蓝光对茶树中脂质和类黄酮代谢的影响，并且随着蓝光强度的增加，这与转录组结果一致。
图9CK与低强蓝光(LBL)、中强蓝光(MBL)、 HBL间显著变化的代谢产物(SCM)。将显著变化的类黄酮和脂质与RNA-seq数据结合构建共表达网络分析（图10 A）。在树状图中确定了七个模块，其中灰色模块代表未分配给特定模块的基因，红色模块显示与类黄酮和脂质的积累模式显著相关（图10 B）。其中红色模块中有83个基因与11种脂质相关。根据共表达网络中的本征基因连通性（KME）值，选择红色模块中的前50个节点基因以生成共表达子网络（图10 C）。参与黄酮合成的查尔酮合成酶(CsCHS, TEA018665)和参与脂肪酸降解的醇脱氢酶(CsADH, TEA029314)基因位于网络的外围。MYB家族在植物类黄酮代谢中发挥着重要作用。这说明该CsMYB成员(TEA018665)可能参与了不同蓝光强度下茶树类黄酮和脂质代谢的调节。
图10共表达网络分析。A加权基因共表达网络分析(WGCNA)得到七个模块的层次聚类树。B模块-代谢物相关性分析。C与类黄酮和脂质积累相关的红色模块的共表达子网络分析。本研究对三种不同强度蓝光对茶树幼苗基因表达水平和代谢产物谱的影响。分别与白光做差异分析，分析差异表达基因及差异代谢物并对其进行GO及KEGG注释。确定参与响应途径主要为光合作用、脂质代谢和类黄酮合成的途径。加权基因共表达网络分析(WGCNA)发现 CsMYB (TEA001045)是通过蓝光调节脂质和类黄酮代谢的枢纽基因。本研究通过对不同蓝光强度照射下的嫩芽进行转录组学和代谢组学分析。评估了光合作用、类黄酮合成和脂质代谢途径的多种变化，以阐明不同蓝光强度对茶树生长和次生代谢的影响。本研究结果为进一步研究蓝光对木本植物的调控作用提供了分子数据并奠定了基础。
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