华中农业大学邓秀新院士团队揭示CsBCH2在柑橘果实类胡萝卜素合成代谢中的重要作用

柑橘（Citrus）作为世界上重要的园艺作物之一，具有丰富的色泽多样性。柑橘果实富含类胡萝卜素，尤其是β, β-类胡萝卜素。其中，β-隐黄质作为柑橘果实中特异性积累的类胡萝卜素之一，是人体中的维生素A合成前体物质之一，该物质的合成主要涉及非血红素胡萝卜素羟化酶（BCH）。园艺作物中针对BCH的相关研究多聚焦于高表达水平的BCH1，而旁系同源基因BCH2的表达模式和功能尚不清晰。揭示柑橘CsBCH2的功能特征对于理解旁系同源基因的进化机制及柑橘果实β-隐黄质的特异性积累具有重要意义。

近日，Horticulture Research 上线了（Advance Access）华中农业大学邓秀新院士团队题为Citrus β-carotene hydroxylase 2 (BCH2) participates in xanthophyll synthesis by catalyzing the hydroxylation of β-carotene and compensates for BCH1 in citrus carotenoid metabolism 的研究论文。

本研究发现柑橘果实中两个BCH基因（CsBCH1、CsBCH2）呈现不同的时空表达特征。CsBCH1主要在果实中表达，CsBCH2主要在花中表达。通过大肠杆菌功能互补实验首次证实了柑橘CsBCH2的全长转录本能够羟化β-胡萝卜素（β-carotene）生成β-隐黄质（β-cryptoxanthin），与CsBCH1羟化β-胡萝卜素生成β-隐黄质并进一步羟化产生玉米黄质的活性存在差异。利用柑橘愈伤组织体系稳定超量表达CsBCH2的结果表明，超表达CsBCH2的白色愈伤Rm阳性系转变为淡黄色，超表达CsBCH2的橙色愈伤Rm33（已超表达细菌番茄红素合成酶CrtB）阳性系转变为亮黄色。愈伤稳定超表达阳性系中叶黄素类类胡萝卜素的含量及比值增加，质体小球的数目大小发生改变，类胡萝卜素代谢通路其他的结构基因的转录水平受到不同程度的反馈调节。以上研究结果表明，CsBCH2作为CsBCH1的旁系同源基因，共同参与调节类胡萝卜素的合成代谢，丰富扩展了柑橘类胡萝卜素合成代谢的认识，并为柑橘果实品质改良和类胡萝卜素代谢工程的拓展应用提供了新的理论基础。

图1 大肠杆菌功能互补实验探究比较CsBCH1和CsBCH2底物特异性

图2 柑橘橙色愈伤Rm33稳定超表达CsBCH2阳性系类胡萝卜素积累特征分析

华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士为该论文的通讯作者，博士研究生张颖梓为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和现代农业柑橘产业技术体系的资助。

团队介绍

华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队主要研究方向为柑橘资源发掘与种质创新，以特色种质资源发掘为基础，重点关注多胚、自交不亲和、单性结实、果实发育及品质形成等重要性状，按照“特殊资源-关键基因-调控机制-性状改良”的思路开展应用基础研究，从理论上丰富性状形成的调控机制，从实践上实现对柑橘的定向遗传改良以及产业的提质增效。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac290

转自：“园艺研究”微信公众号

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