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金荞麦(Fagopyrum cymosum)是一种传统的中药材,被载入《中华人民共和国药典》中,具有丰富的营养价值和医疗保健功能,广泛应用于现代医学和传统医学中。金荞麦地下根茎中富含生物类黄酮化合物,具有重要的药理活性,黄烷醇类物质表儿茶素是检验金荞麦中药材品质是否达标的重要指标之一。然而,相关研究主要集中在黄酮类物质含量检测和药理研究等方面,参与金荞麦根茎中黄酮类化合物生物合成的相关基因尚不清楚。本研究以211份金荞麦收集系为研究材料,对其基础药用品质性状和农艺性状进行了调查、检测和分析,通过聚类分析将金荞麦收集系分为4个类群,并从每个类群中选择1~2个具有代表性的收集系,对其地下根茎进行转录组和代谢组分析。本研究主要结果如下:1.金荞麦根茎药用品质与农艺性状分析对211份金荞麦收集系中4个药用品质(水分、灰分、醇溶性浸出物、黄酮醇)和6个农艺性状(主茎高、主茎粗、主茎分枝数、主茎节数、茎色、叶片大小)进行了调查和检测,对50份代表性金荞麦收集系表儿茶素和儿茶素进行了检测,并对药用品质和农艺性状之间进行了相关分析。聚类分析可将211份金荞麦收集系分为四类,其中第Ⅰ类为药用品质农艺性状优异类,第Ⅱ类为农艺性状优异类,第Ⅲ类为药用品质农艺性状一般类,第Ⅳ类为药用品质优异类。2.基于转录组、代谢组分析金荞麦根茎黄酮类化合物调控途径从每类中选择1~2个具有代表性的收集系,共选择4个材料(H1、H2、L1、L2)进行转录组和代谢组测序,设置3个生物学重复。在转录水平上,通过两两比对共鉴定到25165个差异表达基因(DEGs),其中25个DEGs被注释到黄酮类化合物合成通路(2个PAL、4个C4H、2个4CL、5个CHS、1个CHI、2个F3’5’H、1个F3’H、1个F3H、1个DFR、1个FLS、2个LAR、2个UFGT和1个ANR)。利用qRT-PCR对其进行验证,有21个DEGs的qRT-PCR结果与转录组结果一致(Pearson R>0.7)。在代谢水平上,共检测到439种代谢物,被分为11大类:黄酮类、氨基酸及其衍生物、酚酸类、脂质、有机酸、核苷酸及其衍生物、生物碱、鞣质、醌类、木脂素、香豆素和其它类。黄酮类化合物共检测到90种,其中包括黄酮30种、黄酮醇25种、黄烷醇类15种、二氢黄酮7种、黄酮碳糖苷5种、其它黄酮类8种。通过转录组与代谢组联合分析,构建了金荞麦根茎黄酮类化合物合成关键调控途径图,有22个黄酮合成关键基因与16个关键代谢物密切相关。本研究初步探明了金荞麦根茎中黄酮类化合物生物合成的调控机理,为金荞麦高黄酮分子育种奠定基础。