破解柑橘油胞发育之谜

北京时间2月9日凌晨，《科学》（Science）杂志以封面论文形式发表了华中农业大学、湖北洪山实验室柑橘团队邓秀新院士、张飞教授课题组题为“Molecular regulation of oil gland development and biosynthesis of essential oils in Citrus spp.”的研究成果。研究以柑橘油胞为新模式系统，揭示了分泌囊起始和发育的分子调控通路，为提升金柑类果实鲜食品质和增加甜橙、柠檬等精油产值提供重要理论基础。

复杂功能结构如何形成是一个重要生物学问题。植物进化出多种分泌结构来抵御植食动物取食和病原菌侵染。前人关于植物分泌结构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，亚表皮分泌囊、内部分泌结构如树脂道以及乳汁管等如何形成依然是迷，其主要原因在于缺乏合适模式研究系统。

图1 柑橘油胞起始和发育分子调控通路（图片来源：《科学》）

研究者发现，调控叶片边缘发育的两个重要转录因子CsDRNL和CsLMI1也控制油胞起始。CsDRNL直接作用于CsLMI1启动子保守调控元件GCC盒，促进油胞起始与分化。CsDRNL/CsLMI1调控模块激活CsMYC5，后者促进油胞鞘细胞分化、分泌腔形成以及精油合成（图1）。

图2 关键遗传材料和柑橘枝刺模式系统用于解析油胞发育之谜（图片来源：《科学》）

该研究充分利用前期创制的遗传材料和柑橘枝刺模式系统（图2），取得以下三点突破：一是通过正向和反向遗传学结合，发掘到柑橘油胞起始和发育核心调控因子CsLMI1；二是利用柑橘枝刺模式系统，发现了表皮信号调控亚表皮分泌结构发育的机制，即表皮油胞起始细胞特异表达的CsDRNL直接激活CsLMI1；三是证实了油胞发育与油胞次生代谢物合成与积累的协同作用，发现CsMYC5为CsDRNL/CsLMI1下游重要基因，同时调控油胞成熟分化与精油合成。

该研究不仅破解了柑橘油胞发育之谜，还将有助于柑橘产业高质量发展。首先，研究结果可以指导培育无油胞新品种，去除果皮精油苦麻味，提升金柑等果实鲜食品质（如年产值超30亿广受消费者喜爱的“脆蜜金柑”）。其次，研究结果有助于促进柑橘果皮等综合利用，增加精油产值。柑橘精油具有芳香味、药用价值和抗虫功效等，是世界最重要的精油之一。研究揭示了油胞发育和精油合成的协同机制，有助于改良甜橙、柠檬等重要柑橘类果树以及开发有效调控措施，增加柑橘产业效益。

本项目受国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金（海外）和湖北洪山实验室项目的资助。

论文链接：https://science.org/doi/10.1126/science.adl2953

通讯员：王红星 任杰

审核人：张飞