牡丹是多年生小灌木，原产于中国，在我国已有1600余年栽培历史。其花可观赏，根可医病，籽可榨油，是一种兼具观赏、油用、药用等多用途的特色资源植物。油用牡丹作为新型木本油料作物，其种子含油率达到20%，不饱和脂肪酸含量超过90%，主要包括3种脂肪酸，分别是单不饱和脂肪酸油酸（OA, C18:1, 21.93%），多不饱和脂肪酸（PUFA）即亚油酸（LA, C18:2, 27.15%）和α-亚麻酸（ALA, C18:3, 43.18%）；该油营养价值极高，此外，所含的油脂伴随物对人体健康具有重要作用，如类黄酮化合物具有抗氧化、抗炎等一系列生物活性。然而其代谢网络与脂肪酸合成通路的相互作用机制长期未明，制约了油用牡丹品质育种和高营养油品的开发及产业的发展。
近日，中国科学院植物研究所舒庆艳团队在牡丹种子中类黄酮化合物与多不饱和脂肪酸（PUFAs）协同积累的分子机制研究中取得新进展，相关研究成果“PoUGT84A1-mediated accumulation of flavonoids and polyunsaturated fatty acids in Paeonia ostii seeds: insights into metabolic interplay”在线发表于国际期刊Plant Physiology and Biochemistry。该研究通过种质资源评价与筛选，代谢组学与基因功能分析等，挖掘出油用牡丹优良种质，明确了糖基转移酶PoUGT84A1双向调控类黄酮代谢与脂质合成通路的机制，为油用牡丹及其它油料作物品质改良开辟了新路径。
科研人员对124个牡丹品种的6项农艺性状（单株果数、果重、籽粒重等）和3项品质指标（总黄酮、总酚含量及抗氧化活性）进行测定与分析，筛选出‘凤丹’等5个优异种质，为优质新品种的选育提供了资源。利用广泛靶向代谢组学对‘凤丹’种子两个关键发育阶段的种皮和种仁中的代谢物进行分析，共鉴定出544种次生代谢物，其中类黄酮化合物种类最多，占比达到40.25%，主要为类黄酮糖苷。已有研究表明，糖苷化修饰可以增加其溶解性、稳定性和活性等。结合种子不同发育时期转录组，对类黄酮合成途径基因的表达水平、染色体定位、基因结构和系统发育关系进行研究，并筛选出52个差异表达类黄酮糖基转移酶基因（UFGTs），根据其时空表达模式与脂肪酸积累规律，最终确定PoUGT84A1进行后续研究。通过分子对接、体外酶活试验、体内稳定过表达和瞬时沉默实验，对其进行功能表征，结果表明，PoUGT84A1能以槲皮素、山奈酚和木犀草素为底物进行糖基化修饰；过表达和沉默同时改变种子类黄酮和PUFA的积累，对调控种子中初级和次级代谢通路具有重要作用。综上所述，PoUGT84A1不仅能以类黄酮为底物参与其糖苷化修饰，同时还影响牡丹种子中PUFAs的积累，作为桥梁参与初级和次级代谢，调控种子品质。
该研究通过对牡丹种质资源评价，筛选出优良种质；并从脂肪酸及类黄酮代谢角度解析了牡丹种子品质变异的机制，挖掘出关键基因，为牡丹的优质育种提供了基因资源和理论基础，为其他油料作物尤其是木本油料PUFAs合成调控及优良种质创制提供了思路。
植物所的博士研究生孔凡和已毕业的硕士研究生吴尚蔚为该论文的共同第一作者，舒庆艳研究员和李旸副研究员为该论文通讯作者。植物所硕士研究生梅新艳，洛阳农林科学院研究员王二强，植物所硕士研究生宋文瑾，中国科学院大学博士研究生吾杰提·巴尔力克，中国科学院大学崔巍副教授也参与了该研究。本研究得到了国家自然科学基金（项目号：32272752）和中国科学院战略性先导科技专项（B 类先导专项）项目（XDB1120301）支持。
