甘草是常用大宗中藥材，其野生資源瀕臨枯竭，而人工栽培甘草的有效成分含量低且不穩(wěn)定，因此提高人工栽培甘草的質(zhì)量成為亟需解決的問(wèn)題。氮素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及次生代謝物積累具有重要影響，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是植物常利用的形態(tài)，但是目前有關(guān)不同形態(tài)氮素對(duì)甘草生長(zhǎng)及代謝物影響規(guī)律及影響機(jī)制的研究較少。近日，北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院孫志蓉教授團(tuán)隊(duì)揭示了不同形態(tài)氮素調(diào)控甘草生長(zhǎng)及代謝的潛在機(jī)制。課題組對(duì)不同濃度的硝酸鹽（KNO3）和銨鹽（NH4）2SO4處理的甘草苗進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)和成分含量分析，并進(jìn)一步做轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與硝態(tài)氮相比，中濃度的銨態(tài)氮促進(jìn)甘草生長(zhǎng)更為顯著。通過(guò)對(duì)低/中濃度的NH4+和低/中濃度的NO3-處理的四組樣本進(jìn)行Illumina測(cè)序，分別鑒定出364、96、103和64個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs)。通過(guò)建立氮代謝、黃酮和三萜類(lèi)化合物代謝的潛在生物合成網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)結(jié)構(gòu)DEGs，觀察到DEGs的表達(dá)趨勢(shì)與黃酮類(lèi)化合物積累間呈正相關(guān)關(guān)系；低濃度的NH4+或中濃度的NO3-處理，能顯著影響甘草的初級(jí)代謝，包括氨基酸、三羧酸循環(huán)和糖酵解代謝。同時(shí)，低濃度的NH4+ 和NO3-處理能正向調(diào)節(jié)次生代謝，特別是有利于黃酮類(lèi)化合物的生物合成。該研究全面綜合地分析了甘草對(duì)不同形態(tài)氮素的分子響應(yīng)，為進(jìn)一步揭示氮素對(duì)甘草黃酮和三萜類(lèi)化合物生物合成途徑影響的分子和化學(xué)機(jī)制提供參考。
以上研究結(jié)果以“Transcriptomics and metabolomics reveal the primary and secondary metabolism changes in Glycyrrhiza uralensis with different forms of nitrogen utilization”為題在線發(fā)表在Frontiers in Plant Science。中藥學(xué)院博士研究生陳瑩為論文第一作者，孫志蓉教授為通訊作者，該研究得到了國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目資助。