莲心位于莲子的内部，其富含双苄基异喹啉生物碱，具有重要的药用价值。此外，莲心可合成叶绿素，且具有光合系统，是莲子能长期保持生命力的一种适应性。目前，人们对莲心中生物碱和叶绿素的合成的分子机制知之甚少。近日，Frontiers in Plant Science在线发表了来自中国科学院武汉植物园题为“Transcriptome-Wide Characterization of Alkaloids and Chlorophyll Biosynthesis in Lotus Plumule”的文章，该研究揭示了莲心中生物碱和叶绿素合成的分子机制。
HPLC分析结果表明莲心中生物碱主要为莲心碱、异莲心碱和甲基莲心碱，其中甲基莲心碱为主要成分。16个参与莲心生物碱合成的结构基因被鉴定，其中12个O-甲基转移酶（OMT）可能参与莲中生物碱多样化的合成。此外，一些结构基因的同源基因间表现出基因功能的分化和冗余。
叶绿素的合成与莲心颜色的变化密切相关，莲蓬避光实验证明莲心叶绿素合成需要光照。在本研究中，22个结构基因编码16种叶绿素合成关键酶被鉴定，大部分结构基因在叶绿素合成进程中上调表达。结合原叶绿素酸酯还原酶（POR）基因的进化和表达分析，我们进一步为莲心中叶绿素合成的光依赖性提供了重要的分子证据。
此外，本研究还揭示了莲心生物碱和叶绿素合成之间的潜在关系。这些研究结果将有助于丰富我们对植物中生物碱和叶绿素合成的认识，对莲的遗传育种具有重要的意义。
武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组助理研究员孙恒为论文第一作者，杨美研究员和刘艳玲副研究员为论文通讯作者。本研究得到中国科学院生物资源计划、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金的资助。
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日期：2022-07-06
