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科学家揭示甜橙果实“内外屏障”交流机制

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-13    来源:中国科学报    浏览次数:241    评论:0
导读

近日,《园艺研究》(Horticulture Research)在线发表了华中农业大学教授程运江团队的最新成果。他们阐述了蜡质合成减少对膜脂代谢的影响,发掘了93个影响柑橘中蜡质和脂质通路合成的关键结构基因和转录因子。


  纽荷尔脐橙及其突变体表型和发育期蜡质变化。华中农大供图

  近日,《园艺研究》(Horticulture Research)在线发表了华中农业大学教授程运江团队的最新成果。他们阐述了蜡质合成减少对膜脂代谢的影响,发掘了93个影响柑橘中蜡质和脂质通路合成的关键结构基因和转录因子。

  柑橘是一种重要果树,其果实和叶片表面富含蜡质和精油。蜡质层对柑橘树体和果实抵御干旱、防止水分过度散失、阻止病原生物入侵、延长贮藏寿命、提高果实光泽度和新鲜度等性状均具有十分重要的作用。柑橘果面蜡质主要由超长链脂肪酸及其衍生物构成,包括醛类、烷烃、脂肪酸等,它们按照一定比例形成晶体结构,分布在果实表面,形成果实与环境的“外屏障”。

  而主要由脂质,如单半乳糖二酰基甘油(MGDG)、双半乳糖二酰基甘油(DGDG)和磷脂酰甘油(PG)组成的叶绿体膜,以及由磷脂酰胆碱(PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)构成的细胞膜系统,可维持细胞形态,阻止细胞水分流失,并确保光合作用的进行,是植物体重要的“内屏障”。

  前人对不同植物蜡质突变体的研究表明,其中超长链脂肪酸合成受阻,脂质代谢的流向被显著改变,但是这一变化对构成膜系统的磷脂和糖脂的影响却少有报道。

  该团队通过对纽荷尔脐橙(WT)及其光亮突变体“赣南1号”(MT)的蜡质测定、脂质组学和转录组学联合分析,阐述了蜡质合成减少对膜脂代谢的影响。

  作者首先发现,突变体蜡质合成在发育过程中就受到抑制,并且抑制程度随果实成熟变得更加明显。进一步实验表明,在果实成熟过程中,MT蜡质合成的降低伴随着36碳数质体脂质含量的显著增加。

  基于突变体中发现的叶绿体水解产物明显增加和茉莉酸含量升高,作者推断,突变体中,为了维持体内脂质的稳态,升高的质体脂质激活了脂质水解途径,从而使得茉莉酸含量上升。

  对表达量显著上调的三个磷脂酶基因(CsDALL4,CsDAD1和CsDALL2)进行亚细胞定位和烟草瞬时超表达发现,它们都定位在叶绿体,与水解质体脂质功能相符。其中,CsDAD1和CsDALL2在超表达后能明显降低部分质体脂质含量,并促进茉莉酸的显著积累。磷脂酶水解过程是茉莉酸合成的限速步骤,因此CsDAD1和CsDALL2可能是甜橙中控制茉莉酸合成的关键基因。

  该研究为植物尤其果树的脂质自然变异研究提供了新的视角,并为柑橘新品种培育及贮运性能改良奠定了分子基础。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41438-020-0262-z
 
关键词: 柑橘,基因,代谢
(文/小编)
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