近日，伟德国际1946源于英国屈燕教授课题组在SCI一区TOP期刊《ThePlantJournal》发表了题为“Multi-omicsanalysisrevealsthepotentialroleofMbDDCintissue-specificalkaloidbiosynthesisanddistributioninMeconopsisbetonicifolia”的研究论文。2023级硕士研究生梁实、谭成鑫，和已毕业的硕士研究生王魏沁澜为第一作者，2025级博士研究生周麟参与了多组学分析及数据分析等工作，区智副教授和屈燕教授为通讯作者。

本研究首次揭示了高山植物藿香叶绿绒蒿（Meconopsisbetonicifolia）如何通过MbDDC-3优化异喹啉生物碱含量的分布以应对高海拔环境下的适应性进化，并提供了高原植物关于生物碱代谢调控的新研究思路。该研究工作获得了国家自然科学基金（32160404）、云南省农业基础研究联合专项（202501BD070001-084）、云南省“兴滇英才计划”青年拔尖人才项目(YNWR-ONBJ-2019-211)和云南省教育厅科学研究基金项目（2025Y0844）的资助。

藿香叶绿绒蒿（M.betonicifolia）是青藏高原特有的罂粟科（Papaveraceae）代表性药用植物，长期用于藏医药体系中治疗疼痛、炎症等疾病，其主要活性成分为异喹啉类生物碱（isoquinolinealkaloids），这是一类广泛存在于毛茛科、罂粟科及小檗科植物中的含氮次生代谢物，具有镇痛、抗菌、抗癌等多种药理活性。酪氨酸脱羧酶（Tyrosinedecarboxylase，DDC）是异喹啉类生物碱合成通路中的关键限速酶，催化酪氨酸生成酪胺或多巴胺，为多种生物碱提供前体。阐明其在高原植物中的功能与演化特征，对于理解药用植物的代谢调控与适应性进化具有重要意义。

然而在M.betonicifolia中，目前已有研究多集中于生物碱不同组分的分离与鉴定，关于酪氨酸脱羧酶（DDC）调控合成异喹啉类生物碱的作用仍缺乏系统深入的研究。

研究结果

1.代谢组学分析揭示M.betonicifolia生物碱分布规律

研究人员采用UPLC-MS/MS技术对M.betonicifolia的根、茎、叶、花四个组织进行靶向代谢组分析，共检测到695种生物碱，其中异喹啉类生物碱占主导。主成分分析显示，根与其他组织代谢谱差异显著。OPLS-DA分析识别出数百种差异代谢物，KEGG富集结果显示，根与茎、叶之间的差异代谢物显著富集于“异喹啉生物碱合成通路”（ko00950），而根与花之间则富集于前体合成路径（ko00330）。进一步聚类热图显示，57种异喹啉类生物碱普遍在根中高表达。其中仅有两种中间体codeinone和salutaridine被通路注释，它们在根中显著富集，表明其可能是该物种中异喹啉类代谢流的核心节点（图1）。

图1A：M.betonicifolia植株及各器官形态；图1B：根中生物碱总量显著高于其他组织；图1C：57种异喹啉类生物碱在根中富集热图

2.转录组学分析筛选DEG表达模式和DAM积累模式

基于PacBio全长转录组和二代测序数据，研究人员对M.betonicifolia不同组织间的基因表达差异进行了系统分析。以根为对照，分别在根vs茎、根vs叶、根vs花三个比较组中鉴定出4230、5641和6488个差异表达基因（DEGs）。将DEGs比对到KEGG数据库，发现这些DEGs主要富集于代谢过程通路。此外，在异喹啉生物碱合成通路中共筛选出32个结构基因，其中23个在根中上调，5个在花中上调（图2）。通过qPCR验证了4个代表性基因（MbPPO-3、MbBBE1-1、MbAT1-1、MbOMT2-1）的表达趋势与RNA-seq结果基本一致，均在根中表达最高。

图2：异喹啉生物碱合成通路中DEG的表达模式与DAM的积累模式

3.多组学联合分析筛选关键基因

为寻找与生物碱积累直接相关的调控基因，研究人员构建了codeinone和salutaridine与所有DEGs之间的Spearman相关网络。结果筛选出11个与这两种关键中间体高度正相关的基因（|r|>0.7）（图3A）。其中，MbDDC-3与codeinone（r=0.803）和salutaridine（r=0.929）的相关性最强，且在根中表达量最高（图3B），因此被确定为与异喹啉生物碱合成密切相关的核心候选基因用于后续功能验证分析。

图3A：11个DEGs与codeinone和salutaridine相关性分析；图3B：MbDDC-3在M.betonicifolia各组织中的表达量；图3C：各物种主要生物碱类型与DDC亲缘关系联合进化树；图3D：罂粟科DDC多序列比对分析

4.MbDDC-3结构与功能验证分析

研究人员利用Mantel检验各物种DDC系统进化树中的DDC进化关系与主要生物碱类型之间的相关性，发现相关性弱且不显著（r=−0.077，P=0.502），提示生物碱类型并不简单随DDC系统发育变化（图3C）。MbDDC-3编码525个氨基酸，与罂粟属DDC同源性高达97%，但其C端非经典核定位信号（NLS）区含有一个正选择位点R441G（图3D）。值得注意的是，MEME分析显示位于该NLS区域内的441位残基存在显著正选择证据（P<0.05）。亚细胞定位结果显示，MbDDC-3蛋白呈核质双定位模式，区别于其他罂粟科物种仅限细胞质的定位，提示MbDDC-3可能存在新的调控功能（图4A，图5）。在烟草中过表达MbDDC-3后，根部生物碱含量较WT（野生型烟草）提高约2.7倍（P<0.05）（图4D），其中(S)-cis-N-methylstylopine含量增幅最显著（P<0.001）；其前体tyramine与dopamine同步升高，三者之间呈高度正相关（P<0.01），表明MbDDC-3主要通过提升前体供给促进下游异喹啉类生物碱合成（图6C）。

图4A：MbDDC-3亚细胞定位分析；图4B：半定量分析；图4C：MbDDC-3在野生型及转基因型烟草中的表达量分析；图4D：野生型及转基因型烟草各组织部位生物碱含量：图4E：相关代谢物在转基因烟草中的含量变化

图5：结构分析和亚细胞定位预测揭示了MbDDC-3与PsDDC蛋白间的适应性分化

图6：生态适应与功能验证模型

5.高原适应性进化的分子证据

结合序列进化、亚细胞定位与功能验证结果，研究推测MbDDC-3在长期高海拔胁迫下经历了功能分化与正选择，通过促进codeinone、salutaridine等中间体富集，提高抗菌、抗紫外与抗啃食能力，帮助M.betonicifolia适应极端环境（图6）。该成果首次揭示了绿绒蒿在代谢通路水平的生态适应机制，为高山植物进化与药用成分形成研究提供了关键分子依据。

研究总结

本研究通过代谢组+转录组的多组学联合分析方法，首次系统解析了M.betonicifolia中异喹啉类生物碱的组织特异性分布格局，明确了根为主要积累器官，并识别出codeinone和salutaridine为关键中间体。结合多组学联合分析，成功筛选出核心调控基因MbDDC-3。研究首次通过MEME及亚细胞定位等相关分析阐述了高山植物M.betonicifolia与罂粟科DDC的差异，并据此揭示了M.betonicifolia在极端环境中通过代谢通路与分子调控机制协同进化的过程。系统阐明了MbDDC-3基因在生物碱合成、组织分布及生态适应中的核心作用。以上成果拓展了对藏药植物M.betonicifolia生物碱合成及代谢多样性形成机制的研究。

（图：屈燕/文：屈燕/初次审核：汪亚愈/二次审核：孙大成/终稿审核：刘刚连）