柑橘突变体'灯笼橘'与母本'十月橘'黄酮类化合物组织特异性分布模式及分子机制的多组学解析

推荐：本研究通过整合代谢组学和转录组学技术，系统分析了'十月橘'(STJ)及其自然突变体'灯笼橘'(DLJ)中129种黄酮类化合物的组织特异性分布特征，揭示了34种和39种黄酮分别在STJ和DLJ果皮中的特异性积累模式，鉴定出PAL、ANR等关键基因及LOC18034981、LOC18037750等调控因子，为柑橘品质改良和功能食品开发提供分子基础。

　　

柑橘作为全球重要的经济作物，其果实不仅风味独特，更富含具有抗氧化、抗炎等多种生物活性的黄酮类化合物。然而，自然突变导致的柑橘品种分化往往伴随着代谢物谱的显著改变，这些变化如何影响黄酮类化合物的合成与分布，一直是学界关注的焦点。'十月橘'(Citrus reticulata 'Shiyue Ju', STJ)是我国特色柑橘品种，其自然突变体'灯笼橘'(C. reticulata 'Denglong Ju', DLJ)虽已发现形态学差异，但二者黄酮类物质的系统性比较及其分子调控机制尚未阐明。

上海中医药大学中药研究所的研究团队在《Scientia Horticulturae》发表最新研究，采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF-MS)和Illumina Novaseq^TM 6000测序平台，对两种柑橘的果皮、果肉、橘络和叶片四种组织进行代谢组与转录组联合分析。研究通过主成分分析(PCA)、加权基因共表达网络分析(WGCNA)等生物信息学方法，结合qRT-PCR验证，系统解析了黄酮类化合物的组织分布特征及其分子基础。

研究首先通过非靶向代谢组学鉴定出129种黄酮类物质，包括57种黄酮、32种黄烷酮和13种黄酮醇等。PCA分析显示不同组织间黄酮谱存在显著分离，其中叶片含量最丰富，果肉最低。差异分析发现STJ果皮特异性积累22种黄酮苷和12种黄酮，而DLJ果皮则富含26种黄酮和13种黄酮苷，这种差异与OMT和UGT基因的表达模式高度相关。

转录组分析揭示了72个黄酮合成相关基因的表达特征。值得注意的是，所有PAL基因和两个ANR基因(LOC18047966、LOC18051777)在DLJ果皮中显著上调，与其较深的果皮着色相关。WGCNA分析进一步锁定LOC18034981和LOC18037750为核心调控基因，它们与5,8-二羟基-7-甲氧基黄烷酮8-O-乙酸酯(r=0.99)、槲皮苷(r=0.98)等差异黄酮的积累呈强正相关。

该研究首次从多组学角度阐明了STJ与DLJ的黄酮差异分布规律，发现自然突变通过改变OMT和UGT基因表达来调控黄酮甲基化和糖基化修饰。特别值得注意的是，DLJ果皮中多甲氧基黄酮(PMFs)的显著积累与其特有的深色表型相关，这为培育高营养价值柑橘新品种提供了分子标记。研究不仅完善了柑橘黄酮合成通路理论，也为开发柑橘功能食品和药用资源奠定了科学基础。