日前，《科學(xué)》雜志以封面論文形式發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)柑橘團(tuán)隊(duì)鄧秀新院士、張飛教授課題組題為《柑橘油胞發(fā)育與精油合成的分子調(diào)控》的研究成果。研究以柑橘油胞為新模式系統(tǒng)，揭示了分泌囊起始和發(fā)育的分子調(diào)控通路，為提升金柑類果實(shí)鮮食品質(zhì)和增加甜橙、檸檬等精油產(chǎn)值提供重要理論基礎(chǔ)。
復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)如何形成是一個重要的生物學(xué)問題。植物進(jìn)化出多種分泌結(jié)構(gòu)來抵御植食動物取食和病原菌侵染。前人關(guān)于植物分泌結(jié)構(gòu)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，亞表皮分泌囊、內(nèi)部分泌結(jié)構(gòu)如樹脂道以及乳汁管等如何形成依然是謎，其主要原因在于缺乏合適模式研究系統(tǒng)。
生活中，當(dāng)人們手剝橘子皮、柚子皮或擠檸檬時，經(jīng)常會從果實(shí)表皮飛濺出帶有特殊香氣的精油，這個過程其實(shí)就是因油胞破裂而導(dǎo)致精油釋放。柑橘油胞屬于分泌囊，是橘子、橙子、黃皮果、九里香等蕓香科植物的特征性結(jié)構(gòu)。研究柑橘油胞，對于柑橘果實(shí)外觀品質(zhì)、果實(shí)多元化利用、柑橘油斑病防控、柑橘產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展等具有重要意義。而做好這項(xiàng)研究的前提就需要回答好“柑橘油胞是如何形成”這一基本問題。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)控葉片邊緣發(fā)育的兩個重要轉(zhuǎn)錄因子CsDRNL和CsLMI1也控制油胞起始。CsDRNL直接作用于CsLMI1啟動子保守調(diào)控元件GCC盒，促進(jìn)油胞起始與分化。CsDRNL/CsLMI1調(diào)控模塊激活CsMYC5，后者促進(jìn)油胞鞘細(xì)胞分化、分泌腔形成以及精油合成。
該研究利用前期創(chuàng)制的遺傳材料和柑橘枝刺模式系統(tǒng)取得三點(diǎn)突破：一是通過正向和反向遺傳學(xué)結(jié)合，發(fā)掘到柑橘油胞起始和發(fā)育核心調(diào)控因子CsLMI1；二是利用柑橘枝刺模式系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了表皮信號調(diào)控亞表皮分泌結(jié)構(gòu)發(fā)育的機(jī)制，即表皮油胞起始細(xì)胞特異表達(dá)的CsDRNL直接激活CsLMI1；三是證實(shí)了油胞發(fā)育與油胞次生代謝物合成與積累的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)CsMYC5為CsDRNL/CsLMI1下游重要基因，同時調(diào)控油胞成熟分化與精油合成。
該研究不僅破解了柑橘油胞發(fā)育之謎，還將有助于柑橘產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。研究結(jié)果可以指導(dǎo)培育無油胞新品種，去除果皮精油苦麻味，提升金柑等果實(shí)鮮食品質(zhì)。此外，研究結(jié)果還有助于促進(jìn)柑橘果皮等綜合利用，增加精油產(chǎn)值，提升柑橘產(chǎn)業(yè)效益。（王建宏 張銳 徐行）