华大等破译茶枝柑基因组图谱，揭示“广陈皮”活性成分合成调控机制

茶枝柑（新会柑），是历经700多年驯化栽培的柑橘变种，其果皮制干即为中药“广陈皮”，含有多种生物活性成分。多甲氧基黄酮^[1]是广陈皮中关键的药用成分，但目前对其生物合成的遗传基础及调控机制的了解十分有限。

据肽度TIMEDOO获悉，近日，华大生命科学研究院联合华南农业大学、中国药科大学、南京中医药大学，通过多组学技术破译了茶枝柑基因组的遗传图谱，揭示了多甲氧黄酮合成的潜在通路以及基因调控网络。该研究首次报道了一种新的酶基因，该基因被证实能够直接合成具有抗肿瘤作用和抗神经炎症活性的多甲氧基黄酮化合物。本项研究为广陈皮独特的药用成分形成及价值提供了科学支撑，相关成果于5月11日在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表。

Nature Communications官网截图

首先，研究团队成功构建了茶枝柑染色体级别的高质量基因组图谱，为茶枝柑遗传育种和性状改良提供数据支撑。从茶枝柑的基因组中，研究团队鉴定出了47个高可信度，且与多甲氧基黄酮合成直接相关的甲氧基转移酶^[2]基因，主要分布在3号染色体和9号染色体上。

茶枝柑基因组图谱

每年的9月-12月是茶枝柑果皮采收的季节，不同时间段采收的果皮制作出来的陈皮具有不同的功效。研究团队在广陈皮的道地产区新会采集了茶枝柑不同发育时期的花、叶以及果实等组织进行转录组和代谢组测序研究，揭示了不同发育阶段多甲氧基黄酮合成和积累的变化规律。研究人员在茶枝柑的不同组织中共发现29种多甲氧基黄酮化合物，其相对含量的变化与不同发育阶段、不同组织中的甲氧基酶基因表达模式有关，并且大多数化合物的相对含量在花后200天（9月）的果皮中达到最高，说明该时间段是茶枝柑果实采摘的适宜期。

不同发育时期的茶枝柑组织样本

值得注意的是，研究团队首次发现一种新的甲氧基转移酶基因CcOMT1，成功表征其活性，同时，通过实验证实该酶能够催化合成具有抗肿瘤活性的化合物3,5,6,7,8,3′,4′-七甲氧基黄酮（HPMF），并能够显著改变茶枝柑果皮中该化合物的含量。因此，CcOMT1被认为是茶枝柑中合成HPMF的候选酶，这是首次报道的可直接合成HPMF的甲氧基转移酶。

此外，研究团队发现了多甲氧基黄酮合成基因调控网络的核心转录因子。这些转录因子能够响应干旱、盐害等非生物胁迫，而这些环境压力与茶枝柑的自然生长条件高度吻合。新会地区独特的地理位置，为茶枝柑的生长提供了特有的盐胁迫环境，这种环境条件对茶枝柑的生长发育和次生代谢产物的合成具有重要影响。

研究进一步发现，与广东惠州、台山和广西玉林等非道地产区相比，新会地区的茶枝柑中，关键转录因子的表达量显著升高。这种表达模式的差异，促进了多甲氧基黄酮合成相关基因的活性，从而增强了新会茶枝柑果实中多甲氧基黄酮的生物合成，为新会陈皮的高品质形成提供了分子层面的解释。

文章共同第一作者、深圳华大生命科学研究院副研究员王亚玉表示：“本次研究从‘基因挖掘—代谢物合成—转录调控’三个层次详细阐述了广陈皮活性成分多甲氧基黄酮的合成调控机制，为茶枝柑基因组辅助育种、活性成分工程化合成、药材质量保障及品质提升奠定了坚实的理论基础。”

通过多组学数据相结合的方法可以加速药用植物基因资源的挖掘。本研究是该课题组继2023年3月在国际期刊《微生物组》上发表“微生物和土壤养分影响茶枝柑活性成分单萜积累”的文章后，再次通过基因组解析了茶枝柑活性成分合成的遗传调控机制。

本项目在国家重点研发计划（2019YFC1711002）常用中药的核酸物质分析及核酸标记研究，广东省重点领域研发计划项目（2020B020221001）广藿香等6种岭南中药材新品种培育研究等科技项目资助下完成。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48235-y

[1]多甲氧基黄酮：一般指含有3个及以上甲氧基基团的黄酮化合物，在柑橘属植物当中尤其丰富，以甜橙和茶枝柑所在的宽皮橘类为最。

[2]甲氧基转移酶：多甲氧基黄酮合成的关键酶。

编辑：李丽