本研究通过整合高分辨率代谢组学和转录组学数据，结合代谢数量性状位点(mQTL)分析，构建了大麦籽粒发育的全局代谢调控网络(BMRN)。研究分析了两个大麦品种（Huadamai6和Huaai11）在六个不同发育阶段的籽粒代谢物积累模式和基因表达变化，并在双单倍体(DH)群体中鉴定了1057个与553种代谢物相关的mQTL。通过这一网络，研究人员挖掘了调控类黄酮代谢途径的转录因子和结构基因，并揭示了HvC1-1和HvMYC-1调控DH群体籽粒颜色分化的复杂机制。

1题目

文章题目：Unraveling the regulatory network of barley grain metabolism through the integrative analysis of multiomics and mQTL

发文单位：中国农业科学院作物科学研究所、华中农业大学、北京林业大学和武汉大学

2杂志

Nature communications；IF=15.7分

3链接

Song, R., Wang, Y., Li, Y. et al. Unraveling the regulatory network of barley grain metabolism through the integrative analysis of multiomics and mQTL. Nat Commun 16, 5544 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60501-1

4检测指标

Norminkoda提供了总黄酮检测试剂盒

5主要内容

1. 大麦籽粒发育过程中的代谢谱分析

研究团队收集了两个大麦品种在六个发育阶段（开花后7、14、21、28、35和42天）的籽粒样本进行代谢组和转录组分析。通过高效液相色谱-串联质谱(HPLC-ESI-MS/MS)技术检测到986种代谢物（419种已知代谢物和567种未知代谢物），包括类黄酮、氨基酸及其衍生物、脂质、核酸衍生物等。主成分分析(PCA)和聚类分析显示，代谢物积累模式具有明显的阶段特异性，可分为细胞分裂阶段（7-21 DPA）和胚乳发育阶段（28-42 DPA）。

2. 共表达调控网络的构建

研究人员将检测到的代谢物分为9个簇(MC)，同时将18,868个共表达基因分为9个簇(GC)。分析发现代谢物积累模式与基因表达模式高度一致。例如，参与氨基酸代谢途径的基因在GC2中富集，而大量氨基酸及其衍生物代谢物也分布在MC2中；参与类黄酮生物合成和苯丙烷代谢途径的基因在GC5中富集，而苯丙烷代谢物如类黄酮、酚酸和酚酰胺也分布在MC5中。

3. 类黄酮生物合成途径的重建

研究利用BMRN网络鉴定了大麦籽粒发育过程中90种类黄酮的动态积累模式和79种类黄酮的164个遗传位点。研究发现超过90%的类黄酮被糖基化修饰，主要分布在MC1、3、4、6和8中。研究人员鉴定了四个调控类黄酮糖基化修饰的基因HvUGT-1、HvUGT-2、HvUGT-3和HvUGT-4，并通过体外酶活性验证证实了它们的功能。

4. NAC转录因子调控类黄酮代谢

研究发现一个NAC转录因子(HvNAC-1)与类黄酮代谢途径强共表达。通过瞬时过表达和酵母单杂交实验证实，HvNAC-1能够结合类黄酮途径结构基因启动子中的CGTG元件，调控这些基因的表达。此外，研究发现HvNAC-1与R2R3-MYB转录因子HvMYB-1存在蛋白互作，提出了一个超越传统MYB/bHLH/WD40复合体的新型转录调控模块。

5. 成熟籽粒颜色相关基因分析

研究在DH群体中观察到籽粒颜色分化现象，通过QTL分析鉴定了35个与颜色相关的QTL，形成了3个QTL热点。研究发现转录因子HvMYC-1和HvC1-1与已报道的HvMYB4H具有相似的表达模式和调控网络，能够激活花青素途径基因HvANS-1、HvLAR-4和HvF3SH-1的表达，从而调控大麦籽粒颜色的形成。

6总结

6.1构建了大麦籽粒发育的全局代谢调控网络(BMRN)，该网络包含986种代谢物、22,925个表达基因和1057个mQTL位点，为研究大麦籽粒发育的调控机制和营养品质改良提供了丰富的信息资源。

6.2揭示了大麦籽粒发育过程中代谢物积累的动态变化规律：类黄酮代谢途径的上游物质在籽粒发育早期优先合成，随着籽粒的持续发育，类黄酮合成的一系列催化、修饰和运输活动逐渐活跃。

6.3首次证实NAC转录因子HvNAC-1能够调控大麦类黄酮代谢途径，并发现其与MYB转录因子HvMYB-1存在蛋白互作，提出了一个新的类黄酮代谢调控模型。

6.4阐明了HvC1-1和HvMYC-1调控大麦籽粒颜色分化的复杂机制，发现这两个转录因子能够部分补偿MbHF35基因簇中HvMYC4H和HvMYB4H功能缺失，确保HvF3SH的正常表达。

6.5该研究不仅为探索大麦籽粒其他关键代谢途径的调控机制提供了重要参考价值，也为未来大麦营养品质改良和分子设计育种提供了潜在的基因资源。