近日，《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授徐娟課題組的研究論文。該研究揭示了柑橘重要功能性成分聚甲氧基黃酮（PMFs）的種質(zhì)特異積累現(xiàn)象，鑒定了PMFs生物合成的關(guān)鍵串聯(lián)重復(fù)OMT基因簇，同時(shí)解析了該OMT簇在柑橘亞科中的起源和演化歷程，為柑橘果實(shí)功能性品質(zhì)遺傳改良提供了理論依據(jù)和重要基因資源。

富含聚甲氧基黃酮的寬皮橘類(lèi)及聚甲氧基黃酮結(jié)構(gòu)式。華中農(nóng)大供圖

PMFs是一類(lèi)主要存在于柑橘屬植物中的特殊次生代謝物，被譽(yù)為“天然抗癌藥劑”。該研究團(tuán)隊(duì)收集了147份柑橘亞科種質(zhì)資源，并建立柑橘PMFs代謝物數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)PMFs在野生寬皮橘及早期混雜橘中高積累，在現(xiàn)代栽培橘及其相關(guān)雜交種中低積累，而在柑橘近緣種、早期分化柑橘等種質(zhì)中不積累，由此推測(cè)PMFs代謝通路最早可能是在野生寬皮橘中出現(xiàn)。

該研究定位到柑橘基因組上一個(gè)重疊候選區(qū)間存在三個(gè)候選OMT基因，其組成的基因簇與PMFs的生物合成緊密相關(guān)。通過(guò)生物化學(xué)和基因功能分析，鑒定該基因簇編碼的3種OMT酶在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中都表現(xiàn)出多位點(diǎn)O-甲基化修飾功能，參與7種柑橘關(guān)鍵PMFs的生物合成。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該OMT簇源于OMT6基因的擴(kuò)張，不同類(lèi)型柑橘中均存在OMT6基因同源基因，僅橘及其后代甜橙中出現(xiàn)OMT簇且積累PMFs。相較于柑橘近緣種和早期分化柑橘中的OMT6，寬皮柑橘中多位點(diǎn)的突變促使其獲得C3位的O-甲基化修飾功能，揭示了其新功能化的過(guò)程，進(jìn)而在寬皮橘起源的類(lèi)群中進(jìn)化出多功能的OMTs，由此在寬皮橘中進(jìn)化出PMFs代謝通路。研究為PMFs生物合成途徑的從頭合成提供重要依據(jù)，同時(shí)為功能型柑橘育種提供理論基礎(chǔ)。

徐娟、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)柑橘團(tuán)隊(duì)副教授陳嘉景和教授徐強(qiáng)為論文通訊作者，已出站博士后彭昭欣（現(xiàn)就職于湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所）、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生宋立志為該論文共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室基金、國(guó)家自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2321615121

作者：李晨

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