青藏高原被誉为“世界第三极”和“亚洲水塔”，是全球生态安全的关键屏障。然而，随着极端环境的变化和气候波动，该地区的高寒草甸生态系统正面临日益严重的沙漠化威胁。

沙蓬（Agriophyllum squarrosum）作为一种广泛分布于亚洲沙漠的先锋药用植物，具有防风固沙、改良土壤和丰富药用成分等多重特点，在青藏高原的多个高寒沙漠中很常见，因此被视为高寒沙漠生态修复的理想物种之一。以往研究表明，尽管不同海拔的沙蓬种群在遗传背景上差异较小，但其代谢物积累存在显著差异，尤其是高海拔生态型表现出更为突出的逆境适应性和药用价值，然而，造成这种差异的分子代谢机制尚未明确。

中国科学院西北生态环境资源研究院马小飞研究员团队通过代谢组学与转录组学联合分析，结合群体遗传学手段，揭示了沙蓬高海拔生态型适应青藏高原极端环境及其药用价值形成的分子生态机制。

代谢组学分析发现，高海拔生态型的地上组织中，槲皮素、阿魏酸苷、芹菜素等具有抗氧化、抗紫外线功能的苯丙烷类和类黄酮代谢物的含量显著增加。转录组学分析表明，共有16,680个基因在高海拔生态型中上调，而12,773个基因下调。这些差异基因主要参与光合作用、淀粉和蔗糖代谢以及类黄酮和酚酸类物质的合成等关键生物过程。在高海拔条件下，沙蓬的苯丙烷类和类黄酮生物合成通路的相关基因显著上调。代谢组与转录组整合分析揭示，这些基因的上调表达直接促进了槲皮素-3-β-O-半乳糖苷、芹菜素7-O-芸香糖苷和阿魏酸5-O-己糖苷等代谢物在高海拔生态型中的富集。

群体遗传分析发现，苯丙烷类和类黄酮合成相关基因的分化程度明显高于中性遗传标记，且该合成通路的15个相关基因中，有9个基因在高海拔群体中完全固定，说明沙蓬在适应青藏高原极端环境的过程中，黄酮合成途径受到了强烈的定向选择，并在遗传、表达和代谢等多个层面上展现出显著的适应性分化。此外，在高原种群中CCoAOMT基因受到平衡选择，说明类黄酮参与了沙蓬对高原环境“平衡选择-定向选择”的协同适应，并在其生态位扩展和新生境定殖中发挥作用。

本研究整合了代谢组、转录组与群体遗传学多维数据，解析了类黄酮与苯丙烷代谢通路基因的适应性分化机制，并构建了“基因表达-代谢物积累”的分子调控网络。这不仅为高原药用植物活性成分形成机制提供了理论依据，也为筛选抗逆基因资源、设计生态修复型作物育种策略奠定了分子基础，为荒漠化治理从经验导向迈向精准调控提供了新的视角。

研究成果以Adaptive phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis pathways of Agriophyllum squarrosum on the Qinghai-Xizang Plateau为题发表在Medicinal Plant Biology期刊上。西北研究院钱朝菊副研究员和尹晓月博士为该论文共同第一作者，西北研究院燕霞博士和中国农业科学院常玉晓研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略生物资源计划植物种质资源创新平台以及兰州市青年科技人才创新项目等资金资助。

论文链接：https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/mpb-0025-0005

高、中海拔生态型沙蓬黄酮和苯丙烷合成通路中基因与代谢物的相关性

沙蓬种群中CCoAOMT基因的单倍型分布及其基于转录组数据的两种等位基因的表达情况