Multi‐Omics Analysis Reveals Molecular Responses of Alkaloid Content Variations in Lycoris aurea Across Different Locations

生物碱 生物 生物合成 代谢途径 O-甲基转移酶 石蒜碱 生物化学 代谢组学 基因 植物 甲基转移酶 生物信息学 甲基化
作者
Youwei Zuo,Miaohua Quan,Guanghua Liu,Xiao Zhang,Na‐Na Long,Shi‐Qi You,Peng Yang,Hongping Deng
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pce.15187
摘要

Lycoris aurea, celebrated for its visually striking flowers and significant medicinal value due to the presence of alkaloids such as lycorine and galanthamine, has intricate yet poorly understood regulatory mechanisms. This study provides a detailed examination of the transcriptomic, metabolomic and ecological dynamics of L. aurea, aiming to elucidate the underlying molecular mechanisms of alkaloid biosynthesis. Our comparative analysis across different ecological settings highlighted key genes involved in alkaloid biosynthesis, such as genes encoding aldehyde dehydrogenase and norbelladine 4'-O-methyltransferase, which were distinctively increased in the high alkaloids-producing group. We identified a total of 6871 differentially expressed genes and 915 metabolites involved in pathways like terpenoid backbone biosynthesis, phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis. Protein interaction network analysis revealed significant upregulation of photosynthesis, photosystem and photosynthetic membrane pathways in the alkaloids-producing region. Furthermore, our research delineated the interactions among soil microbial communities, genes and plant and soil biochemical properties, noting that bacterial populations correlate with soil properties that favour the activation of metabolic pathways essential for alkaloid production. Collectively, this study advances our understanding of the genetic and metabolic alkaloid biosynthesis pathways in L. aurea, shedding light on the complex interactions that govern alkaloid production.
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