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柑橘油胞发育之谜被破解

2024-02-21   光明网-《光明日报》   阅读量:77

    光明日报讯(记者王建宏、张锐 通讯员徐行)日前,《科学》杂志以封面论文形式发表了华中农业大学柑橘团队邓秀新院士、张飞教授课题组题为《柑橘油胞发育与精油合成的分子调控》的研究成果。研究以柑橘油胞为新模式系统,揭示了分泌囊起始和发育的分子调控通路,为提升金柑类果实鲜食品质和增加甜橙、柠檬等精油产值提供重要理论基础。

    复杂功能结构如何形成是一个重要的生物学问题。植物进化出多种分泌结构来抵御植食动物取食和病原菌侵染。前人关于植物分泌结构研究大多聚焦于表皮分泌腺毛,如番茄腺毛、青蒿腺毛等。然而,亚表皮分泌囊、内部分泌结构如树脂道以及乳汁管等如何形成依然是谜,其主要原因在于缺乏合适模式研究系统。

    生活中,当人们手剥橘子皮、柚子皮或挤柠檬时,经常会从果实表皮飞溅出带有特殊香气的精油,这个过程其实就是因油胞破裂而导致精油释放。柑橘油胞属于分泌囊,是橘子、橙子、黄皮果、九里香等芸香科植物的特征性结构。研究柑橘油胞,对于柑橘果实外观品质、果实多元化利用、柑橘油斑病防控、柑橘产业高质量绿色发展等具有重要意义。而做好这项研究的前提就需要回答好“柑橘油胞是如何形成”这一基本问题。

    研究团队发现,调控叶片边缘发育的两个重要转录因子CsDRNL和CsLMI1也控制油胞起始。CsDRNL直接作用于CsLMI1启动子保守调控元件GCC盒,促进油胞起始与分化。CsDRNL/CsLMI1调控模块激活CsMYC5,后者促进油胞鞘细胞分化、分泌腔形成以及精油合成。

    该研究利用前期创制的遗传材料和柑橘枝刺模式系统取得三点突破:一是通过正向和反向遗传学结合,发掘到柑橘油胞起始和发育核心调控因子CsLMI1;二是利用柑橘枝刺模式系统,发现了表皮信号调控亚表皮分泌结构发育的机制,即表皮油胞起始细胞特异表达的CsDRNL直接激活CsLMI1;三是证实了油胞发育与油胞次生代谢物合成与积累的协同作用,发现CsMYC5为CsDRNL/CsLMI1下游重要基因,同时调控油胞成熟分化与精油合成。

    该研究不仅破解了柑橘油胞发育之谜,还将有助于柑橘产业高质量发展。研究结果可以指导培育无油胞新品种,去除果皮精油苦麻味,提升金柑等果实鲜食品质。此外,研究结果还有助于促进柑橘果皮等综合利用,增加精油产值,提升柑橘产业效益。

    《光明日报》(2024年02月21日 08版)

[ 责编:徐皓 ]