白菜蜡质缺失突变体M5075的分子机制解析：BrCER1内含子突变导致表皮蜡质合成缺陷

《BMC Plant Biology》：BrCER1 intron mutation causing a wax deficient phenotype in Chinese cabbage

本研究针对白菜表皮蜡质合成调控机制不清的问题，通过EMS诱变获得蜡质缺失突变体M5075，利用MutMap基因定位技术锁定候选基因BrCER1，发现其第4外显子边界单核苷酸突变引发异常剪接，导致蜡质晶体完全缺失、叶片透水性增加。该研究首次揭示BrCER1在白菜蜡质合成中的关键作用，为作物外观品质与抗逆性协同改良提供新靶点。

　　

在植物王国中，叶片表面覆盖着一层薄薄的“护肤霜”——表皮蜡质。这种由超长链脂肪酸（VLCFAs）及其衍生物组成的疏水层，如同植物的“智能外衣”，既能减少水分蒸发，又能抵御病原菌入侵和紫外线伤害。对于白菜等十字花科作物而言，蜡质层还赋予叶片独特的银白色光泽，但消费者却更偏爱蜡质缺失的亮绿色叶片，因其外观鲜亮、触感柔滑。然而，减少蜡质虽提升了商品性，却可能削弱植物的环境适应性，这一矛盾成为育种家面临的重大挑战。

目前，拟南芥中蜡质合成调控网络已较为清晰，但白菜等作物中的相关研究仍较匮乏。2025年发表于《BMC Plant Biology》的一项研究，首次从EMS诱变的白菜双单倍体系‘FT’中筛选到叶片完全无蜡质的突变体M5075，并深入解析其分子机制。研究人员发现，M5075突变体叶片蜡质晶体完全缺失，叶片失水速率显著高于野生型，表明其表皮屏障功能受损。

关键技术方法

研究团队以白菜双单倍体‘FT’为背景，通过EMS诱变构建突变体库，筛选获得M5075突变体。利用MutMap基因定位技术对野生型、突变体及F2代突变表型混池进行重测序，将候选区间锁定于A09染色体4.76 Mb区域。通过KASP标记验证候选SNP，结合Sanger测序克隆BrCER1基因全长，采用qRT-PCR分析基因表达模式，并利用RNA-seq比较野生型与突变体的转录组差异。

研究结果

1. 表型与生理特征分析

野生型‘FT’叶片覆盖密集棒状蜡质晶体，而M5075叶片蜡质几乎完全缺失（图1B）。失水实验显示突变体叶片渗透性显著增加（图1C），证实蜡质缺失导致保水能力下降。

2. 遗传与基因定位

遗传分析表明蜡质缺失受单隐性基因控制（表1）。MutMap定位发现A09染色体40.4–45.16 Mb区间存在两个关键SNP，其中位于BrCER1（BraA09g068200.3.5C）基因的SNP（A09:45148778）与表型共分离（图1D）。

3. BrCER1突变机制解析

BrCER1第4外显子边界单核苷酸突变（G→A）破坏剪接识别位点，产生4种异常转录本（图2A-B）。蛋白结构预测显示突变导致脂肪酸羟化酶结构域（129-270 aa）和WAX2-C端结构域（446-618 aa）截断（图2C-E），严重影响酶活性。

4. 表达与转录组调控网络

qRT-PCR显示BrCER1在花器官中表达最高（图3），与拟南芥CER1表达模式一致。RNA-seq发现M5075中2484个基因上调、2329个基因下调（图4A-B）。蜡质合成相关基因（如CER1-LIKE2、CER3、KCS2等）表达上调（图4E），可能为补偿BrCER1功能缺失的反馈调节。GO和KEGG富集分析表明差异基因主要参与核糖体结构和苯丙烷代谢通路（图4C-D）。

结论与意义

本研究首次证实BrCER1内含子突变通过引发异常剪接导致白菜蜡质合成缺陷。BrCER1作为VLCFAs合成关键酶，其功能丧失不仅直接破坏蜡质晶体形成，还触发其他蜡质合成基因（如KCS2、CER3）的表达补偿效应。该发现为作物蜡质性状的精准调控提供了新靶点，既为培育亮叶型白菜品种改善商品性提供理论依据，也为通过调控蜡质合成平衡作物外观与抗逆性开辟新路径。未来可通过基因编辑技术验证BrCER1功能，并探索其在不同环境胁迫下的应用潜力。