茶枝柑（新會柑），是歷經(jīng)700多年馴化栽培的柑橘變種，其果皮制干即為中藥“廣陳皮”，含有多種生物活性成分。多甲氧基黃酮^[1]是廣陳皮中關鍵的藥用成分，但目前對其生物合成的遺傳基礎及調(diào)控機制的了解十分有限。

據(jù)肽度TIMEDOO獲悉，近日，華大生命科學研究院聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學、中國藥科大學、南京中醫(yī)藥大學，通過多組學技術破譯了茶枝柑基因組的遺傳圖譜，揭示了多甲氧黃酮合成的潛在通路以及基因調(diào)控網(wǎng)絡。該研究首次報道了一種新的酶基因，該基因被證實能夠直接合成具有抗腫瘤作用和抗神經(jīng)炎癥活性的多甲氧基黃酮化合物。本項研究為廣陳皮獨特的藥用成分形成及價值提供了科學支撐，相關成果于5月11日在國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。

Nature Communications官網(wǎng)截圖

首先，研究團隊成功構建了茶枝柑染色體級別的高質(zhì)量基因組圖譜，為茶枝柑遺傳育種和性狀改良提供數(shù)據(jù)支撐。從茶枝柑的基因組中，研究團隊鑒定出了47個高可信度，且與多甲氧基黃酮合成直接相關的甲氧基轉(zhuǎn)移酶^[2]基因，主要分布在3號染色體和9號染色體上。

茶枝柑基因組圖譜

每年的9月-12月是茶枝柑果皮采收的季節(jié)，不同時間段采收的果皮制作出來的陳皮具有不同的功效。研究團隊在廣陳皮的道地產(chǎn)區(qū)新會采集了茶枝柑不同發(fā)育時期的花、葉以及果實等組織進行轉(zhuǎn)錄組和代謝組測序研究，揭示了不同發(fā)育階段多甲氧基黃酮合成和積累的變化規(guī)律。研究人員在茶枝柑的不同組織中共發(fā)現(xiàn)29種多甲氧基黃酮化合物，其相對含量的變化與不同發(fā)育階段、不同組織中的甲氧基酶基因表達模式有關，并且大多數(shù)化合物的相對含量在花后200天（9月）的果皮中達到最高，說明該時間段是茶枝柑果實采摘的適宜期。

不同發(fā)育時期的茶枝柑組織樣本

值得注意的是，研究團隊首次發(fā)現(xiàn)一種新的甲氧基轉(zhuǎn)移酶基因CcOMT1，成功表征其活性，同時，通過實驗證實該酶能夠催化合成具有抗腫瘤活性的化合物3,5,6,7,8,3′,4′-七甲氧基黃酮（HPMF），并能夠顯著改變茶枝柑果皮中該化合物的含量。因此，CcOMT1被認為是茶枝柑中合成HPMF的候選酶，這是首次報道的可直接合成HPMF的甲氧基轉(zhuǎn)移酶。

此外，研究團隊發(fā)現(xiàn)了多甲氧基黃酮合成基因調(diào)控網(wǎng)絡的核心轉(zhuǎn)錄因子。這些轉(zhuǎn)錄因子能夠響應干旱、鹽害等非生物脅迫，而這些環(huán)境壓力與茶枝柑的自然生長條件高度吻合。新會地區(qū)獨特的地理位置，為茶枝柑的生長提供了特有的鹽脅迫環(huán)境，這種環(huán)境條件對茶枝柑的生長發(fā)育和次生代謝產(chǎn)物的合成具有重要影響。

研究進一步發(fā)現(xiàn)，與廣東惠州、臺山和廣西玉林等非道地產(chǎn)區(qū)相比，新會地區(qū)的茶枝柑中，關鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達量顯著升高。這種表達模式的差異，促進了多甲氧基黃酮合成相關基因的活性，從而增強了新會茶枝柑果實中多甲氧基黃酮的生物合成，為新會陳皮的高品質(zhì)形成提供了分子層面的解釋。

文章共同第一作者、深圳華大生命科學研究院副研究員王亞玉表示：“本次研究從‘基因挖掘—代謝物合成—轉(zhuǎn)錄調(diào)控’三個層次詳細闡述了廣陳皮活性成分多甲氧基黃酮的合成調(diào)控機制，為茶枝柑基因組輔助育種、活性成分工程化合成、藥材質(zhì)量保障及品質(zhì)提升奠定了堅實的理論基礎。”

通過多組學數(shù)據(jù)相結合的方法可以加速藥用植物基因資源的挖掘。本研究是該課題組繼2023年3月在國際期刊《微生物組》上發(fā)表“微生物和土壤養(yǎng)分影響茶枝柑活性成分單萜積累”的文章后，再次通過基因組解析了茶枝柑活性成分合成的遺傳調(diào)控機制。

本項目在國家重點研發(fā)計劃（2019YFC1711002）常用中藥的核酸物質(zhì)分析及核酸標記研究，廣東省重點領域研發(fā)計劃項目（2020B020221001）廣藿香等6種嶺南中藥材新品種培育研究等科技項目資助下完成。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48235-y

[1]多甲氧基黃酮：一般指含有3個及以上甲氧基基團的黃酮化合物，在柑橘屬植物當中尤其豐富，以甜橙和茶枝柑所在的寬皮橘類為最。

[2]甲氧基轉(zhuǎn)移酶：多甲氧基黃酮合成的關鍵酶。

編輯：李麗