近日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了華中農業大學園藝林學學院/果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗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）的種質特異積累現象，鑒定了PMFs生物合成的關鍵串聯重復OMT基因簇，同時解析了該OMT簇在柑橘亞科中的起源和演化歷程，為柑橘果實功能性品質遺傳改良提供了理論依據和重要基因資源。
富含聚甲氧基黃酮的寬皮橘類及聚甲氧基黃酮結構式。華中農大供圖
PMFs是一類主要存在于柑橘屬植物中的特殊次生代謝物，被譽為“天然抗癌藥劑”。該研究團隊收集了147份柑橘亞科種質資源，并建立柑橘PMFs代謝物數據庫，發現PMFs在野生寬皮橘及早期混雜橘中高積累，在現代栽培橘及其相關雜交種中低積累，而在柑橘近緣種、早期分化柑橘等種質中不積累，由此推測PMFs代謝通路最早可能是在野生寬皮橘中出現。
該研究定位到柑橘基因組上一個重疊候選區間存在三個候選OMT基因，其組成的基因簇與PMFs的生物合成緊密相關。通過生物化學和基因功能分析，鑒定該基因簇編碼的3種OMT酶在體外和體內實驗中都表現出多位點O-甲基化修飾功能，參與7種柑橘關鍵PMFs的生物合成。
進一步分析發現，該OMT簇源于OMT6基因的擴張，不同類型柑橘中均存在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程，進而在寬皮橘起源的類群中進化出多功能的OMTs，由此在寬皮橘中進化出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，同時為功能型柑橘育種提供理論基礎。
徐娟、華中農業大學柑橘團隊副教授陳嘉景和教授徐強為論文通訊作者，已出站博士后彭昭欣（現就職于湖北省農業科學院經濟作物研究所）、華中農業大學博士生宋立志為該論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、湖北洪山實驗室基金、國家自然科學基金和湖北省自然科學基金重點項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2321615121
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