Isatidis Radix, the root of Isatis indigotica Fort. (Chinese woad) can produce a variety of efficacious compound with medicinal properties. The tetraploid I. indigotica plants exhibit superior phenotypic traits, such as greater yield, higher bioactive compounds accumulation and enhanced stress tolerance. In this study, a comparative transcriptomic and metabolomic study on Isatidis Radix autotetraploid and its progenitor was performed. Through the targeted metabolic profiling, 283 metabolites were identified in Isatidis Radix, and 70 polyploidization-altered metabolites were obtained. Moreover, the production of lignans was significantly increased post polyploidization, which implied that polyploidization-modulated changes in lignan biosynthesis. Regarding the transcriptomic shift, 2065 differentially expressed genes (DEGs) were identified as being polyploidy-responsive genes, and the polyploidization-altered DEGs were enriched in phenylpropanoid biosynthesis and plant hormone signal transduction. The further integrative analysis of polyploidy-responsive metabolome and transcriptome showed that 1584 DEGs were highly correlated with the 70 polyploidization-altered metabolites, and the transcriptional factors TFs-lignans network highlighted 10 polyploidy-altered TFs and 17 fluctuated phenylpropanoid pathway compounds. These results collectively indicated that polyploidization contributed to the high content of active compounds in autotetraploid roots, and the gene–lignan pathway network analysis highlighted polyploidy–responsive key functional genes and regulators.

中文翻译：

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板蓝根同源四倍体靶向代谢组和转录组的综合分析突出了关键的多倍化响应调节因子

板蓝根，板蓝根堡的根。(Chinese woad) 可以生产多种具有药用特性的有效化合物。四倍体 I. indigotica 植物表现出优越的表型性状，例如更高的产量、更高的生物活性化合物积累和增强的胁迫耐受性。在这项研究中，对板蓝根同源四倍体及其祖先进行了比较转录组学和代谢组学研究。通过靶向代谢分析，在板蓝根中鉴定出283个代谢物，获得70个多倍化改变的代谢物。此外，多倍化后木脂素的产量显着增加，这意味着多倍化调节了木脂素生物合成的变化。关于转录组变化，2065个差异表达基因（DEGs）被鉴定为多倍体反应基因，多倍体化改变的DEGs富含苯丙烷生物合成和植物激素信号转导。对多倍体响应代谢组和转录组的进一步综合分析表明，1584 个 DEG 与 70 个多倍化改变的代谢物高度相关，转录因子 TFs-木脂素网络突出显示了 10 个多倍体改变的 TF 和 17 个波动的苯丙烷途径化合物。这些结果共同表明，多倍化有助于同源四倍体根中活性化合物的含量高，基因-木脂素通路网络分析突出了多倍体响应的关键功能基因和调节因子。多倍化改变的DEGs富含苯丙烷生物合成和植物激素信号转导。对多倍体响应代谢组和转录组的进一步综合分析表明，1584 个 DEG 与 70 个多倍化改变的代谢物高度相关，转录因子 TFs-木脂素网络突出显示了 10 个多倍体改变的 TF 和 17 个波动的苯丙烷途径化合物。这些结果共同表明，多倍化有助于同源四倍体根中活性化合物的含量高，基因-木脂素通路网络分析突出了多倍体响应的关键功能基因和调节因子。多倍化改变的DEGs富含苯丙烷生物合成和植物激素信号转导。对多倍体响应代谢组和转录组的进一步综合分析表明，1584 个 DEG 与 70 个多倍化改变的代谢物高度相关，转录因子 TFs-木脂素网络突出显示了 10 个多倍体改变的 TF 和 17 个波动的苯丙烷途径化合物。这些结果共同表明，多倍化有助于同源四倍体根中活性化合物的含量高，基因-木脂素通路网络分析突出了多倍体响应的关键功能基因和调节因子。对多倍体响应代谢组和转录组的进一步综合分析表明，1584 个 DEG 与 70 个多倍化改变的代谢物高度相关，转录因子 TFs-木脂素网络突出显示了 10 个多倍体改变的 TF 和 17 个波动的苯丙烷途径化合物。这些结果共同表明，多倍化有助于同源四倍体根中活性化合物的含量高，基因-木脂素通路网络分析突出了多倍体响应的关键功能基因和调节因子。对多倍体响应代谢组和转录组的进一步综合分析表明，1584 个 DEG 与 70 个多倍化改变的代谢物高度相关，转录因子 TFs-木脂素网络突出显示了 10 个多倍体改变的 TF 和 17 个波动的苯丙烷途径化合物。这些结果共同表明，多倍化有助于同源四倍体根中活性化合物的含量高，基因-木脂素通路网络分析突出了多倍体响应的关键功能基因和调节因子。