華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分積累與調(diào)控機(jī)制上取得新進(jìn)展

       近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、園藝林學(xué)學(xué)院程運(yùn)江教授課題組在柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分積累與調(diào)控機(jī)制的研究成果以“Function and transcriptional regulation of CsKCS20 in the elongation of very-long-chain fatty acids and wax biosynthesis in Citrus sinensis flavedo”為題發(fā)表于Horticulture Research。

 

      植物蠟質(zhì)是附著于表皮細(xì)胞外面的一層疏水結(jié)構(gòu)，具有減少水分散失、防止紫外傷害及抵抗病蟲害等作用。柑橘果實(shí)在采后貯藏保鮮中的水分散失嚴(yán)重影響了其商品價(jià)值。因此，探究柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分的合成與調(diào)控機(jī)理，對未來選育高蠟質(zhì)含量的品種及指導(dǎo)合成性能優(yōu)異的柑橘蠟液配方，延緩果實(shí)采后失水具有重要意義。

 

      該研究通過分析柑橘主栽品種紐荷爾臍橙的蠟質(zhì)組分發(fā)現(xiàn)，與擬南芥、番茄、蘋果等作物的蠟質(zhì)以C30和C32的脂肪族化合物為主不同，柑橘果實(shí)蠟質(zhì)主要以C24、C26和C28的蠟質(zhì)成分為主。同時(shí)，課題組前期通過對紐荷爾臍橙（WT）及其光亮型突變體“贛南1號”（MT）的果實(shí)蠟質(zhì)成分和轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，突變體的蠟質(zhì)顯著減少且蠟質(zhì)合成相關(guān)基因顯著下調(diào)。本研究進(jìn)一步分析了該對材料蠟質(zhì)成分在碳鏈長度分布上的差異表明，MT中C20以上的蠟質(zhì)組分都顯著減少，因而其為探究柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分積累的分子機(jī)制提供了良好材料（圖1）。

 

       深入分析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大部分負(fù)責(zé)碳鏈延伸的CsKCSs在MT中顯著下調(diào)表達(dá)且CsKCS20下調(diào)最為顯著，與MT中C20以上的蠟質(zhì)組分均顯著減少的表型一致。隨后，通過酵母體系驗(yàn)證了CsKCS20具有催化合成C22和C24超長鏈脂肪酸的功能。由此表明CsKCS20在柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分積累中起著重要的作用（圖2）。為挖掘CsKCS20的調(diào)控機(jī)制，本研究進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，CsMYB96的表達(dá)量與CsKCS20的表達(dá)量呈高度正相關(guān)。生化實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)定轉(zhuǎn)化擬南芥證實(shí)了CsMYB96能夠直接激活CsKCS20的表達(dá)，從而參與蠟質(zhì)的合成（圖3）。以上結(jié)果表明，CsKCS20通過催化合成C22和C24的超長鏈脂肪酸參與柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分的積累，同時(shí)CsMYB96能夠直接正調(diào)控CsKCS20的表達(dá)，促進(jìn)蠟質(zhì)的合成。本研究為深入解析柑橘果實(shí)蠟質(zhì)特異性組分的積累及調(diào)控，維持采后果實(shí)品質(zhì)提供了重要的理論依據(jù)。

 

    華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院博士研究生汪洋為論文第一作者，程運(yùn)江教授為論文通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院博士后朱峰、山東師范大學(xué)楊賢鵬博士、贛州市柑桔科學(xué)研究所陳兆星以及碩士研究生張金、司凱等人也參與本研究工作。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助等項(xiàng)目的資助。