華中農業(yè)大學在柑橘果實類胡蘿卜素合成代謝研究中取得新進展

　　植物中的類胡蘿卜素是維生素A的前體，可在人體內轉化為維生素A，對人類營養(yǎng)和健康十分有益。β-隱黃質作為維生素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-隱黃質的重要膳食來源，但柑橘果實中β-隱黃質差異積累的遺傳機理尚不清晰。揭示柑橘果實差異積累β-隱黃質的遺傳機理及進化機制對于指導柑橘果實品質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、我校園藝林學學院鄧秀新院士團隊在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胞色素P450蛋白CitCYP97B通過羥化β-隱黃質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識，為柑橘果實以及其他作物色澤品質和營養(yǎng)品質改良提供了重要依據。

 

　　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行分析，發(fā)現β-隱黃質在不同柑橘品種果肉中差異積累，可作為候選的標志性差異類胡蘿卜素。為解析β-隱黃質差異積累的遺傳機理，研究人員基于二代重測序數據開展全基因組關聯(lián)分析，并結合果實發(fā)育時期基因表達特征鎖定了影響β-隱黃質積累水平的關鍵基因CitCYP97B。大腸桿菌功能互補實驗結果表明，CitCYP97B通過羥化β-隱黃質的β-環(huán)生成玉米黃質，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)定超表達實驗進一步表明，CitCYP97B能夠影響類胡蘿卜素的合成積累。

 

　　在此基礎上，研究人員進一步探究了柑橘自然群體CitCYP97B序列變異與β-隱黃質差異積累間的聯(lián)系。研究發(fā)現柑橘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的結構變異（Hap.4），甜橙攜帶335 bp的結構變異（Hap.5），呈現類群特異性分布的特征。煙草雙熒光素酶實驗結果表明，攜帶結構變異的單倍型Hap.4和Hap.5啟動子活性顯著增強，與寬皮柑橘MD2和甜橙果實中更高的基因表達水平以及更低的β-隱黃質積累水平相吻合。為深入了解CitCYP97B啟動子序列多態(tài)性的進化機制，研究人員評估了柑橘各群體的遺傳多樣性、群體分化系數以及基因滲入事件，推測CitCYP97B多態(tài)性與柑橘演化進程中的種間雜交和基因滲入有關，并提出了一個由CitCYP97B介導的影響柑橘果實β-隱黃質差異積累的模型。

 

　　我校園藝林學學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、國家自然科學基金和現代農業(yè)產業(yè)技術體系的資助。