近日，庐山植物园特色果树资源驯化与改良研究组在国际期刊《Plant Science》上发表题为“Multi-omics profiling reveals developmental regulation of lipids and bioactive metabolites in Akebia trifoliataseeds”的研究论文。该研究整合转录组与代谢组数据，系统解析了三叶木通(Akebia trifoliata)种子从白色到黑色成熟过程中脂质与生物活性成分的动态积累规律及其转录调控基础，为这一新兴油料作物的品质改良与分子育种提供了候选基因和代谢标记。

　　三叶木通是近年来备受关注的新型油料作物，其种子富含不饱和脂肪酸和多种生物活性物质，在功能食品、化妆品及生物能源领域具有广阔应用前景。种子在成熟过程中经历从白色到黑色的显著色泽转变，并伴随剧烈的代谢重编程，然而基因表达与代谢动态之间的协同调控机制此前尚不清楚。针对这一空白，研究团队在种子发育的四个关键阶段(SA白、SB黄、SC转色、SD黑)开展了整合转录组与代谢组分析。

　　代谢组分析共鉴定出2134种代谢物，其中633种达到Level 1注释置信度，涵盖萜类、黄酮类、酚酸、脂质、生物碱等多种化学类别。研究发现，从SA到SD阶段共检测到1504个差异积累代谢物，早期SA阶段以脂质、黄酮类和生物碱的上调为特征，而后期SC至SD阶段则表现为脂质与黄酮类物质的进一步积累。转录组分析在SA与SD阶段之间鉴定出6779个差异表达基因，显著富集于次生代谢、色素生物合成和植物激素信号转导通路。在成熟的SD阶段，保护性基因AKT017106(AMP1)和AKT016065(HSP20)呈现高水平表达。

　　研究创新性地采用FCM聚类对转录组和代谢组数据分别进行模块划分，并通过系统性的簇-簇相关分析，将基因表达模块与代谢物积累模块在时间框架下关联起来。分析表明，早期基因簇(富集于激素信号通路)与酚酸和黄酮类物质的积累密切关联，而晚期基因簇(参与胁迫响应)则与脂质和氨基酸的积累相关。具体而言，在SA阶段，G10基因簇与M6、M8、M10代谢物簇高度相关，涉及ERD14(脱水素)、CHS(查尔酮合酶)等关键基因;在SD阶段，G1和G4基因簇与M2、M7代谢物簇协同，涉及AMP1、*HSP20*、CER1等保护性基因，以及亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸的积累。

　　图1. 三叶木通种子成熟过程中的发育阶段、代谢重编程和代谢物的差异积累

　　该研究将转录组-代谢组关系组织为连贯的时间框架，提出了一套候选基因和代谢物用于后续功能验证与育种实践，为三叶木通种子品质的分子改良提供了潜在基因靶点。值得注意的是，该研究采用的FCM聚类与簇-簇相关分析策略，应用于木通属物种的种子发育研究，为植物多组学数据的整合分析提供了可借鉴的方法学框架。

　　图2. 三叶木通种子成熟过程中基因表达与代谢途径的综合模型

　　庐山植物园Mian Faisal Nazir为论文第一作者，邹帅宇博士为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金(32460101)、江西省自然科学基金(20262BAC240403;20262BAC200299)和九江市人才项目(JJXC2023134)的支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2026.113542