《Horticulture Advances》：Transcriptomic and metabolomic profiling reveal the mechanism of cuticular wax biosynthesis in mango leaves
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本研究针对芒果叶片角质层蜡质合成分子机制不明的问题，通过整合代谢组与转录组分析，系统比较了四个芒果品种叶片蜡质含量与成分差异，鉴定出93种蜡质化合物及34个关键基因，揭示了VLCFAs（超长链脂肪酸）和萜类化合物合成通路在蜡质形成中的核心作用，为提升芒果抗逆性及叶片药用价值提供了理论依据。
在热带水果之王芒果的种植过程中，叶片不仅承担着光合作用的重任，更因其富含药用成分而具有极高的经济价值。然而，干旱、病虫害等环境胁迫严重制约芒果的健康生长和叶片品质。覆盖在叶片表面的角质层蜡质如同植物的“天然防护服”，能够有效减少水分蒸发、抵御病原菌入侵。尽管蜡质对植物生存至关重要，但芒果叶片蜡质合成的分子机制却长期处于研究空白状态。面对种质资源丰富、蜡质表型差异显著的芒果品种，解析其蜡质合成通路成为提升芒果抗逆性和叶片利用价值的关键科学问题。
为揭开芒果叶片蜡质合成的奥秘，Wu等研究人员在《Horticulture Advances》上发表了题为“Transcriptomic and metabolomic profiling reveal the mechanism of cuticular wax biosynthesis in mango leaves”的研究论文。该研究选取了‘宜文’、‘肯特’、‘金煌’和‘红象牙’四个具有显著表型差异的芒果品种，采用多组学整合分析策略，系统阐明了芒果叶片蜡质合成的代谢通路和调控网络。
研究团队主要运用了以下几项关键技术：通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对四个芒果品种叶片蜡质进行定性与定量分析；利用转录组测序（RNA-Seq）获取基因表达谱；结合相关性网络构建基因-代谢物互作关系；采用实时定量PCR（qRT-PCR）验证关键基因表达模式。所有叶片样本均采集自中国热带农业科学院南亚热带作物研究所的芒果种质资源圃。
不同芒果品种叶片蜡质含量与成分差异显著
研究团队通过GC-MS分析发现，四个芒果品种叶片总共含有93种不同的蜡质化合物，其中‘宜文’品种的蜡质含量最高（119.28 μg/cm2），而‘红象牙’品种最低（25.99 μg/cm2），差异达4.6倍。主成分分析显示不同品种的蜡质组成存在明显区分，其中‘宜文’与其他品种的蜡质成分最为相似。尤为重要的是，萜类化合物是芒果叶片蜡质的主要成分，占总蜡质的70.75%-85.06%，其次为酯类和烷烃类化合物。研究人员共鉴定出17种萜类化合物，其中β-香树脂酮、乌苏-12-烯-24-酸-3-氧代-甲酯和β-香树脂醇在四个品种中均有分布，而乌苏醛和α-香树脂醇仅在‘宜文’品种中特异存在。
转录组分析揭示蜡质合成关键基因表达模式
RNA-Seq分析共获得超过54.29亿高质量碱基，基因表达主成分分析显示不同品种间存在显著差异。通过差异表达基因筛选，共鉴定出15，690个差异表达基因，其中‘红象牙’vs‘宜文’比较组的差异基因数量最多（8，720个）。GO功能富集分析表明，这些基因主要富集在细胞过程、代谢过程、催化活性等类别；KEGG通路分析显示，萜类代谢、鞘脂代谢、脂肪酸延伸等通路显著富集，提示这些通路在芒果叶片蜡质合成中发挥重要作用。
构建基因-代谢物互作网络鉴定关键调控因子
通过皮尔逊相关性分析构建基因-代谢物共表达网络，研究人员筛选出34个与蜡质合成密切相关的候选基因。这些基因可分为两大类：18个基因参与VLCFAs及其衍生物的合成，包括KCS（β-酮脂酰-CoA合酶）、ECR（烯酰-CoA还原酶）、LACS（长链酰基-CoA合成酶）等基因家族成员；另外16个基因参与萜类合成，包括DXR（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶）、GGPPS（香叶基香叶基焦磷酸合酶）、TPS（萜类合酶）等。
验证关键基因表达并提出蜡质合成通路
qRT-PCR验证结果显示，随机选取的17个基因表达趋势与转录组数据高度一致，证实了数据的可靠性。研究人员发现，LACS1基因在芒果叶片中可能负向调控蜡质合成，这与拟南芥中的研究结果相反，表明基因功能存在物种特异性。基于这些发现，研究团队提出了芒果叶片角质层蜡质的生物合成通路：在质体中合成的C16和C18酰基-CoA经过脂肪酸延伸复合体（FAE）作用生成VLCFAs，随后通过脱羰基化途径生成烷烃、仲醇和酮类，或通过酰基还原途径生成伯醇和酯类，同时萜类化合物通过甲羟戊酸途径和甲基赤藓醇磷酸途径合成。
这项研究首次系统阐明了芒果叶片角质层蜡质的合成机制，发现萜类化合物是芒果叶片蜡质的主要成分，这与大多数已研究植物中烷烃和酯类为主的蜡质组成形成鲜明对比。研究鉴定出的34个关键基因为后续功能验证和分子育种提供了重要靶点，其中12个基因为首次报道与蜡质合成相关。特别值得注意的是，芒果叶片蜡质中富含具有抗炎、抗菌、抗氧化和抗肿瘤活性的三萜类化合物，如羽扇豆醇、齐墩果-12-烯-3-醇乙酸酯（3β）、β-香树脂醇等，这为开发芒果叶片药用价值提供了科学依据。
研究的局限性在于未能鉴定到直接参与烷烃和酯类合成的CER（ECERIFERUM）、CYTB5（细胞色素b5）和WSD（蜡酯合酶/二酰基甘油酰基转移酶）等同源基因，这可能反映了芒果特有的蜡质合成机制。未来通过基因编辑等技术调控关键基因表达，有望培育出蜡质含量更高、抗逆性更强的芒果品种，从而提升芒果产业的经济效益和可持续发展能力。
