植物次生代谢产物是一大批具有高度结构多样性的小分子天然产物。对于药用植物，次生代谢产物通常是其生物活性化学成分，并且是新药的重要来源。许多草药如甘草，伊芙兰和黄芪等来自几个密切相关的植物物种。此外，已经报道了许多药用植物的种间杂种，由于植物化学成分的数量多，结构多样性和含量范围，其二次代谢组学分析是一个很大的挑战。
在本研究中，三种药用甘草（G.uralensis，G.glabra和G.infata）作为流行的草药甘草，我们对其进行了全面的次代谢代谢组学分析。我们通过DNA鉴定了95批样品的甘草（基因型），并且也通过LC/UV或LC/MS/MS定量分析了种生物活性次级代谢物，包括17种黄酮苷，24种皂苷和种游离酚类，显示了内转录间隔区和trnV-ndhC区域的条形码，化学型化合物，这些化合物代表了甘草生物合成途径中的关键产物。对于76个纯合样品，三种甘草种类显示出显着的生物合成偏好，特别是在香豆素，查尔酮，异黄酮和黄酮醇中。另外，总共发现了27种物种化学标记物19个混合样本表明杂交可以显着改变化学成分，并且男性父母对母亲的贡献比女性父母更多。
图1ITS，trnV-ndhC和trnH-psbA区域药用甘草的物种鉴定
注：ITS，内转录间隔物；SNP，单核苷酸多态性；×U，×G和×In分别表示男性父母为葫芦苣，G.glabra和G.infata的杂交种；（*）×U占92％，而×G和×In占5％和3％；（＃）根据文献，×G和×U占75％和25％（?）I-1型来自非云南甘草，如云南云杉和苍白球菌。
图2三种甘草的一般化学差异
注：（A）三种物种中15种结构类型的内容。每种类型的化合物数括在括号中。其他糖苷是指黄酮和异黄酮糖苷。与其他两个品种相比，P0.05，**P0.01，***P0.，Mann-WhitneyU检验。（B）无监督PCA分析的得分图。R2X[1]=0.，R2X[2]=0.，R2X[1]=0.，R2X[2]=0.分别为上图和下图。UC，野生生长G.uralensis；美国栽培的ural草；G，G.glabra；In，G.infata；O，其他非医药甘草；U×G表示母本为ural草的杂种，雄性亲本为G.glabra。这个命名法适用于所有杂种
图3三种甘草中种次级代谢物含量的变化（不包括化合物-）
注：提出了所提出的生物合成途径和一般结构。U=G，uralensis，G=G.glabra，In=G，胀。CHS，查耳酮合酶；CHR，查耳酮还原酶；CHI，查耳酮异构酶；F3H，黄烷酮3-羟化酶；FLS，黄酮醇合酶；IFS，异黄酮合成酶；FNS，黄酮合成酶；IFR，异黄酮还原酶；VR，胎膜还原酶；DMID，7,2-二羟基-4-甲氧基异黄烷醇脱水酶；PTR，皮内酯还原酶；Ac，乙酰氧基；GluA，葡萄糖醛酸基；葡萄糖基；IPY，异戊二烯基；MG，甲基戊酰基；OMe，甲氧基。
图4三种甘草及其杂交种的27种物种特异性标记物的含量（原始草药中的μg/g）
注：G.uralensis，G.glabra和G.infata的特异性标记用红色，紫色和橙色。所有标记化合物在纯合物种之间显示出显着的差异（P0.，Mann-WhitneyU-检验；见表S5）。样品量：In，n=11；U×In，n=2；G，n=5；U×G，n=10；U，n=60；In/G×U，n=3。
在本研究中，我们对三种药用甘草和其杂种进行了基于生物合成的次生代谢组学分析。通过DNA条码和LC/MS/MS定量分析种化合物，分别显示95批甘草样品的基因型和化学型。此外，我们发现杂交可以显着改变甘草的次生代谢组织，并且父系物种比母体物种对后代的贡献更大。这是迄今为止针对药用植物进行最大规模的二次代谢组学研究，首次揭示了植物次生代谢中的单亲遗传，结果对于甘草和其他药用植物的生物合成，遗传和质量控制研究是有价值的。
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