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为解析马尾松（Pinus massoniana）萜类代谢调控机制，研究人员对 TPS-d 亚家族成员展开研究。发现 PmLAS 表达与树脂产量显著正相关，其产物左旋海松酸等成分与产量密切关联，还鉴定出转录因子 PmMYB6 调控 PmLAS。为松属树脂代谢工程提供新视角。
在全球森林资源与工业应用的版图中，松树树脂作为天然萜类化合物的重要来源，始终占据着关键地位。马尾松（
Pinus massoniana L.）作为我国特有的高树脂产量树种，其树脂富含单萜、倍半萜和二萜等成分，广泛应用于香料、溶剂等多个工业领域。然而，长期以来，马尾松萜类代谢的分子调控机制却如同被迷雾笼罩 —— 尽管已知 TPS-d 亚家族（松科特有的萜烯合成酶家族）在萜类多样性形成中扮演关键角色，但该家族成员如何协同调控树脂产量及成分，尤其是关键基因与环境因子的互作机制，一直是制约高树脂品种分子育种的瓶颈。
为驱散这层迷雾，来自贵州马鞍山国有林场等国内研究机构的科研团队，将目光聚焦于马尾松 TPS-d 亚家族的功能解析。他们以 “解析 TPS-d 亚家族在萜类代谢中的调控网络，挖掘树脂产量相关关键基因” 为核心目标，展开了一场跨越分子生物学、代谢组学与基因编辑技术的深度探索。研究成果发表在《Industrial Crops and Products》，为松属树种的代谢工程改良提供了重要理论基石。
研究团队采用了一系列前沿技术手段：通过转录组数据分析结合 HMMER3 和 CD Search 工具，从马尾松中鉴定出 44 个 TPS-d 家族成员；利用 RT-qPCR 技术，系统分析了 8 个代表性 TPS 基因在不同组织（如针叶、枝条、木质部）及环境胁迫（高低温、不同光强、黑暗处理）下的表达模式；借助 GC-MS 对树脂成分进行定量分析，并通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术敲低关键基因 PmLAS，结合酵母单杂交和双荧光素酶实验，揭示了其分子调控机制。此外，研究还纳入了 20 株不同树脂产量的 12 年生马尾松样本队列，通过 Pearson 相关性分析，建立了基因表达、代谢物含量与树脂产量的动态关联。
3.1 TPS-d 家族成员鉴定与系统发育分析
通过严格的序列筛选与保守结构域验证，研究从转录组数据中锁定了 44 个 TPS-d 家族成员，其分子量分布于 21.65-100.24 kDa，均表现为亲水性。系统发育分析将其划分为 TPS-d1（单萜合成酶）、TPS-d2（倍半萜合成酶）和 TPS-d3（二萜合成酶）三个亚组，其中 7 个成员归属于 TPS-d3，提示其在二萜（如树脂酸）合成中的潜在核心作用。
3.2 保守基序与序列比对
MEME 分析揭示了 TPS 家族的 6 个保守基序，其中基序 5 在多数成员中稳定存在，而 TPS-d3 成员则完整保留所有基序。值得注意的是，二萜合成酶 PmLAS（c25193258）携带 DXDD、DDXXD 和 NSE/DTE 等关键基序，暗示其可能作为双功能酶催化 GGPP（牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸）向左旋海松烯的转化，这与已知的松柏类二萜合成酶特征高度吻合。
3.3 组织特异性表达与环境响应
RT-qPCR 结果呈现出一幅动态的基因表达图谱：PmLAS 在幼枝和针叶中高表达，而 PmBPS（β- 蒎烯合成酶）在根部几乎不表达，显示出显著的组织特异性。环境胁迫实验表明，高温（35℃）可诱导 PmLAS、PmPIM 等二萜合成酶基因表达，而高光照（30,000 lux）则特异性激活单萜合成酶 PmAPS2，揭示了环境因子通过调控 TPS 家族成员表达重塑萜类代谢网络的机制。
3.4 基因表达与树脂产量的相关性
在不同树脂产量的马尾松样本中，PmLAS 在木质部和枝条中的表达与树脂产量呈极显著正相关（Pearson 系数 0.639**），而 PmAPS1（(-)-α- 蒎烯合成酶）则表现出负相关。代谢组分析进一步证实，二萜酸中的左旋海松酸、异海松酸和新枞酸与产量显著正相关，其中左旋海松酸的相关系数高达 0.8***，确立了其作为树脂产量核心标志物的地位。
3.5 VIGS 验证 PmLAS 的功能
通过 VIGS 技术沉默 3 年生幼苗的 PmLAS 后，树脂产量下降幅度达 33%，伴随左旋海松酸含量显著降低（-33%），而脱氢枞酸、海松酸等前体物质积累。这一结果直接证明 PmLAS 是左旋海松酸合成的限速酶，其表达水平通过影响二萜酸代谢流，最终决定树脂产量。
3.6 转录因子 PmMYB6 的调控机制
酵母单杂交与双荧光素酶实验揭示了 PmLAS 的分子调控开关 —— 转录因子 PmMYB6 可直接结合其启动子区域，抑制基因表达。亚细胞定位显示，PmLAS 定位于叶绿体（与 MEP 途径的亚细胞定位一致），而 PmMYB6 则富集于细胞核，二者通过 “核 - 质” 信号传递形成调控回路。这一发现首次在马尾松中建立了 MYB 类转录因子对萜类合成酶的负调控模型。
4. 讨论：从分子机制到育种应用
本研究通过多维度实验证据，构建了 “环境信号 - TPS 基因表达 - 萜类代谢 - 树脂产量” 的调控链条。TPS-d 亚家族成员通过组织特异性表达与环境响应，精细调控萜类化合物的时空分布，而 PmLAS 作为核心节点，其功能缺失会导致二萜酸代谢池失衡，印证了其在树脂合成中的枢纽作用。值得关注的是，PmMYB6 作为转录抑制因子的发现，为通过基因编辑解除转录抑制、激活 PmLAS 表达提供了新靶点。
5. 结论：解码树脂代谢的钥匙
这项研究不仅填补了马尾松萜类代谢调控机制的认知空白，更通过鉴定关键基因（PmLAS）与调控因子（PmMYB6），为高树脂品种的分子设计育种开辟了新路径。未来，靶向激活 PmLAS 或干扰 PmMYB6 功能的基因编辑策略，有望突破传统育种周期长、效率低的局限，推动马尾松从 “天然资源依赖” 向 “精准代谢工程” 的跨越式发展。与此同时，研究中建立的 “转录组 - 代谢组 - 功能验证” 技术体系，也为松科植物乃至裸子植物的次生代谢研究提供了通用方法论。
研究以严谨的实验设计与多层次数据整合，揭示了马尾松树脂产量调控的核心分子机制，其科学价值不仅在于深化对松属植物次生代谢的理解，更在于为全球松脂产业的可持续发展提供了关键技术靶点。随着合成生物学技术的迭代，这场关于 “松树黄金” 的代谢密码解析，或将引领森林资源利用的新革命。
