摘要：在自然界中，光是植物生长和代谢的核心环境因子之一。光不仅为植物的光合作用提供能量，不同波长的光，例如红光、蓝光、远红光，还能触发植物内部的复杂信号网络，进而调控次生代谢产物的合成。刺五加（Eleutherococcus senticosus）作为传统中药材，其
在自然界中，光是植物生长和代谢的核心环境因子之一。光不仅为植物的光合作用提供能量，不同波长的光，例如红光、蓝光、远红光，还能触发植物内部的复杂信号网络，进而调控次生代谢产物的合成。刺五加（Eleutherococcus senticosus）作为传统中药材，其核心活性成分——三萜皂苷，具有抗疲劳、抗癌、降血糖等功效。然而，光质如何影响刺五加皂苷合成的分子机制，一直是学界亟待破解的谜题。FAR1/FHY3转录因子家族在植物光信号响应中扮演着关键角色。它们起源于转座酶，通过结合下游基因启动子，调控植物发育、生物钟以及次生代谢过程。尽管在拟南芥、玉米等模式植物中已开展了相关研究，但刺五加的FAR1/FHY3基因家族尚未得到系统性解析，其与皂苷合成之间的联系更是处于未被探索的领域。
2025年5月，Medicinal Plant Biology 在线发表了华北理工大学生命科学学院邢朝斌教授团队题为Identification and adaptive evolution analysis of FAR1/FHY3 in Eleutherococcus senticosus and prediction of target genes regulating saponin synthesis 的研究论文。
该研究利用刺五加的全基因组数据，通过生物信息学分析，首次鉴定出21个EsFAR1/FHY3 基因。这些基因分布在14条染色体上，其中6号染色体上分布的EsFAR1/FHY3 基因最多，而2号、11~14号、16~18号、20号和24号染色体上均没有EsFAR1/FHY3的分布。进一步分析发现，这些基因被分为5个亚家族（I~V），其中Ⅰ亚族和Ⅱ亚族首先聚类为一支，而Ⅲ亚族和Ⅴ亚族也聚类为一支，说明他们之间的亲缘关系更近。值得注意的是Ⅳ亚族的成员最多，Ⅴ亚族的成员最少。同一亚族的基因结构高度保守，暗示它们在进化中保留了相似的功能。
物种内基因共线性分析的结果显示，21个EsFAR1/FHY3 基因中仅有位于4号染色体上的Ese04G002049.t1和位于10号染色体上的Ese10G002497.t1之间存在1个共线性基因对。通过物种间共线性分析在刺五加和近缘物种（龙牙楤木）之间共鉴定到18对共线性基因，表明FAR1/FHY3在物种分化过程中高度保守。适应性进化分析显示，这些基因主要受到负选择，说明它们对刺五加的生存至关重要。
在EsFAR1/FHY3基因的启动子区域存在大量的顺式作用元件，包括光响应元件、抗逆性响应元件和植物激素响应元件等，其中光响应元件的数量最多。这些光响应元件主要包括Box 4、G-box、TCT-motif、GT1-motif、ATCT-motif和GATA-motif等。每个EsFAR1/FHY3 启动子的光响应元件数量在5~15个之间。
研究团队将刺五加植株分别置于白光（对照）、红光、蓝光、绿光下培养，通过转录组数据和实时荧光定量PCR发现：大部分EsFAR1/FHY3 基因在红光和蓝光下显著上调，而在绿光处理下仅有4个EsFARI/FHY3 的表达显著上调，其他EsFARI/FHY3 在绿光下均表达下调。皂苷合成需要多种酶参与，其中FPS（法尼基焦磷酸合成酶）是核心限速酶。通过分子对接和动力学模拟，研究发现：4个EsFAR1/FHY3（亚家族I）能稳定结合到EsFPS 基因启动子的CTCTCGCGCTCT位点，并通过氢键形成牢固复合物。其中，Ese09G000343.t1基因与EsFPS 的结合最稳定，可能是调控皂苷合成的“主力军”。
综上所述，该研究对刺五加EsFAR1/FHY3 家族基因进行了全基因家族分析，并筛选出了能与EsFPS 启动子区结合的4个EsFAR1/FHY3 转录因子。这为解析光质影响刺五加次生代谢的分子调控机制提供了参考。
华北理工大学生命科学学院硕士研究生李畅为该论文第一作者，邢朝斌教授与龙月红高级实验师为该论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中央引导地方科技发展资金项目、河北省自然科学基金以及华北理工大学研究生创新项目的支持。
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特邀作者：李畅编辑：顾笑寅审核：王丽瑶
关于Medicinal Plant Biology
Medicinal Plant Biology是一本开放获取的期刊，致力于传播药用植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、方法、评论、观点、社论等。期刊主编由中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士、成都中医药大学陈士林院士和John Innes Centre的Cathie Martin院士共同担任。目前期刊已被ESCI、DOAJ、CABI等数据库收录。
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来源：Maximum学术出版