蓮心位于蓮子的內部，其富含雙芐基異喹啉生物堿，具有重要的藥用價值。此外，蓮心可合成葉綠素，且具有光合系統，是蓮子能長期保持生命力的一種適應性。目前，人們對蓮心中生物堿和葉綠素的合成的分子機制知之甚少。近日，Frontiers in Plant Science在線發表了來自中國科學院武漢植物園題為“Transcriptome-Wide Characterization of Alkaloids and Chlorophyll Biosynthesis in Lotus Plumule”的文章，該研究揭示了蓮心中生物堿和葉綠素合成的分子機制。
HPLC分析結果表明蓮心中生物堿主要為蓮心堿、異蓮心堿和甲基蓮心堿，其中甲基蓮心堿為主要成分。16個參與蓮心生物堿合成的結構基因被鑒定，其中12個O-甲基轉移酶（OMT）可能參與蓮中生物堿多樣化的合成。此外，一些結構基因的同源基因間表現出基因功能的分化和冗余。
葉綠素的合成與蓮心顏色的變化密切相關，蓮蓬避光實驗證明蓮心葉綠素合成需要光照。在本研究中，22個結構基因編碼16種葉綠素合成關鍵酶被鑒定，大部分結構基因在葉綠素合成進程中上調表達。結合原葉綠素酸酯還原酶（POR）基因的進化和表達分析，我們進一步為蓮心中葉綠素合成的光依賴性提供了重要的分子證據。
此外，本研究還揭示了蓮心生物堿和葉綠素合成之間的潛在關系。這些研究結果將有助于豐富我們對植物中生物堿和葉綠素合成的認識，對蓮的遺傳育種具有重要的意義。
武漢植物園蓮種質資源與遺傳育種學科組助理研究員孫恒為論文第一作者，楊美研究員和劉艷玲副研究員為論文通訊作者。本研究得到中國科學院生物資源計劃、國家自然科學基金和湖北省自然科學基金的資助。
圖 雙芐基異喹啉生物堿合成基因的鑒定和表達分析
（A）預測的蓮心生物堿合成步驟。（B）NnTyDC、NnNCS、NnCNMT和NnCYP80A基因的表達分析。（C）參與蓮心生物堿合成的O-甲基轉移酶（OMT）基因的系統發育樹分析。（D）OMT基因的表達分析。（E）NnNCS 和 NnCYP80 同源基因間的差異表達。
