華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在柑橘果實類胡蘿卜素合成代謝研究中取得新進(jìn)展
2024年02月27日來源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
植物中的類胡蘿卜素是維生素A的前體，可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為維生素A，對人類營養(yǎng)和健康十分有益。β-隱黃質(zhì)作為維生素A合成前體的類胡蘿卜素之一，只在少部分作物中富集。其中，柑橘果實是人類攝取β-隱黃質(zhì)的重要膳食來源，但柑橘果實中β-隱黃質(zhì)差異積累的遺傳機(jī)理尚不清晰。揭示柑橘果實差異積累β-隱黃質(zhì)的遺傳機(jī)理及進(jìn)化機(jī)制對于指導(dǎo)柑橘果實品質(zhì)改良和培育富含維生素A前體的作物具有重要意義。
近日，果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室、我校園藝林學(xué)學(xué)院鄧秀新院士團(tuán)隊在Plant Communications在線發(fā)表了題為“Cytochrome P450 CitCYP97B modulates carotenoid accumulation diversity byhydroxylating β-cryptoxanthin in Citrus”的研究論文。該研究綜合基因組、代謝組和基因功能研究手段定位并驗證了柑橘細(xì)胞色素P450蛋白CitCYP97B通過羥化β-隱黃質(zhì)參與影響柑橘果實類胡蘿卜素的差異積累，拓展了植物類胡蘿卜素合成代謝的認(rèn)識，為柑橘果實以及其他作物色澤品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)改良提供了重要依據(jù)。
該研究利用廣泛靶向檢測手段對寬皮柑橘、酸橙、甜橙、柚、葡萄柚和檸檬等148份柑橘果肉的65種類胡蘿卜素及其衍生物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)β-隱黃質(zhì)在不同柑橘品種果肉中差異積累，可作為候選的標(biāo)志性差異類胡蘿卜素。為解析β-隱黃質(zhì)差異積累的遺傳機(jī)理，研究人員基于二代重測序數(shù)據(jù)開展全基因組關(guān)聯(lián)分析，并結(jié)合果實發(fā)育時期基因表達(dá)特征鎖定了影響β-隱黃質(zhì)積累水平的關(guān)鍵基因CitCYP97B。大腸桿菌功能互補(bǔ)實驗結(jié)果表明，CitCYP97B通過羥化β-隱黃質(zhì)的β-環(huán)生成玉米黃質(zhì)，從而直接參與類胡蘿卜素的合成代謝。柑橘果實瞬時干涉實驗以及柑橘愈傷組織穩(wěn)定超表達(dá)實驗進(jìn)一步表明，CitCYP97B能夠影響類胡蘿卜素的合成積累。
在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步探究了柑橘自然群體CitCYP97B序列變異與β-隱黃質(zhì)差異積累間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)柑橘CitCYP97B啟動子主要劃分為7種單倍型。其中，相較于野生寬皮柑橘、南嶺以北的寬皮柑橘（MD1）和柚類，南嶺以南的寬皮柑橘群體（MD2）攜帶133 bp的結(jié)構(gòu)變異（Hap.4），甜橙攜帶335 bp的結(jié)構(gòu)變異（Hap.5），呈現(xiàn)類群特異性分布的特征。煙草雙熒光素酶實驗結(jié)果表明，攜帶結(jié)構(gòu)變異的單倍型Hap.4和Hap.5啟動子活性顯著增強(qiáng)，與寬皮柑橘M(fèi)D2和甜橙果實中更高的基因表達(dá)水平以及更低的β-隱黃質(zhì)積累水平相吻合。為深入了解CitCYP97B啟動子序列多態(tài)性的進(jìn)化機(jī)制，研究人員評估了柑橘各群體的遺傳多樣性、群體分化系數(shù)以及基因滲入事件，推測CitCYP97B多態(tài)性與柑橘演化進(jìn)程中的種間雜交和基因滲入有關(guān)，并提出了一個由CitCYP97B介導(dǎo)的影響柑橘果實β-隱黃質(zhì)差異積累的模型。
我校園藝林學(xué)學(xué)院鄧秀新院士為論文的通訊作者，已畢業(yè)博士張穎梓為該論文的第一作者。柑橘團(tuán)隊柴利軍教授、葉俊麗副研究員和謝宗周高級工程師等多名成員參與了此項研究。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的資助。
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