图1 纽荷尔脐橙（WT）及其光亮型突变体“赣南1号”（MT）的果实品质评价
图2 CsKCS20催化形成C22和C24的超长链脂肪酸
图3 CsMYB96直接激活CsKCS20的表达
南湖新闻网讯（通讯员 汪洋）近日，我校园艺植物生物学教育部重点实验室、园艺林学学院程运江教授课题组在柑橘果实蜡质特异性组分积累与调控机制的研究成果以“Function and transcriptional regulation of CsKCS20 in the elongation of very-long-chain fatty acids and wax biosynthesis in Citrus sinensis flavedo”为题发表于Horticulture Research。
植物蜡质是附着于表皮细胞外面的一层疏水结构，具有减少水分散失、防止紫外伤害及抵抗病虫害等作用。柑橘果实在采后贮藏保鲜中的水分散失严重影响了其商品价值。因此，探究柑橘果实蜡质特异性组分的合成与调控机理，对未来选育高蜡质含量的品种及指导合成性能优异的柑橘蜡液配方，延缓果实采后失水具有重要意义。
该研究通过分析柑橘主栽品种纽荷尔脐橙的蜡质组分发现，与拟南芥、番茄、苹果等作物的蜡质以C30和C32的脂肪族化合物为主不同，柑橘果实蜡质主要以C24、C26和C28的蜡质成分为主。同时，课题组前期通过对纽荷尔脐橙（WT）及其光亮型突变体“赣南1号”（MT）的果实蜡质成分和转录组分析发现，突变体的蜡质显著减少且蜡质合成相关基因显著下调。本研究进一步分析了该对材料蜡质成分在碳链长度分布上的差异表明，MT中C20以上的蜡质组分都显著减少，因而其为探究柑橘果实蜡质特异性组分积累的分子机制提供了良好材料（图1）。
深入分析转录组数据发现，大部分负责碳链延伸的CsKCSs在MT中显著下调表达且CsKCS20下调最为显著，与MT中C20以上的蜡质组分均显著减少的表型一致。随后，通过酵母体系验证了CsKCS20具有催化合成C22和C24超长链脂肪酸的功能。由此表明CsKCS20在柑橘果实蜡质特异性组分积累中起着重要的作用（图2）。为挖掘CsKCS20的调控机制，本研究进一步分析转录组数据发现，CsMYB96的表达量与CsKCS20的表达量呈高度正相关。生化实验和稳定转化拟南芥证实了CsMYB96能够直接激活CsKCS20的表达，从而参与蜡质的合成（图3）。以上结果表明，CsKCS20通过催化合成C22和C24的超长链脂肪酸参与柑橘果实蜡质特异性组分的积累，同时CsMYB96能够直接正调控CsKCS20的表达，促进蜡质的合成。本研究为深入解析柑橘果实蜡质特异性组分的积累及调控，维持采后果实品质提供了重要的理论依据。
我校园艺林学学院博士研究生汪洋为论文第一作者，程运江教授为论文通讯作者。我校园艺林学学院博士后朱峰、山东师范大学杨贤鹏博士、赣州市柑桔科学研究所陈兆星以及硕士研究生张金、司凯等人也参与本研究工作。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及国家现代农业产业技术体系资助等项目的资助。
审核人：程运江
【英文摘要】
Cuticular wax on plant aerial surfaces plays a vital role in the defense against various stresses, and the genes related to wax metabolism have been well documented in several model plants. However, there is very limited research on the key enzymes and transcription factors (TFs) associated with carbon chain distribution and wax biosynthesis in citrus fruit. In this study, an analysis of wax metabolites indicated that even carbon-chain (C24-C28) metabolites are the dominant wax components in citrus fruit, and a 3- ketoacyl-CoA synthase (KCS) family gene (CsKCS20) plays an important role in the carbon chain distribution during wax biosynthesis in a wax-deficient mutant (MT). Expression of CsKCS20 in yeast indicated that CsKCS20 can catalyze the biosynthesis of C22 and C24 very-long-chain fatty acids (VLCFAs). In addition, transcriptome and sequence analysis indicated that the differential expression of CsKCS20 between the wild-type (WT) and MT fruit can be partly attributed to the regulation of CsMYB96, which was further confirmed by yeast one-hybrid (Y1H) assays, electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) and dual luciferase assays. The functions of CsMYB96 and CsKCS20 in wax biosynthesis were further validated by heterologous expression in Arabidopsis. In summary, this study elucidates the important roles of CsKCS20 and CsMYB96 in regulating VLCFA elongation and cuticular wax biosynthesis, which provides new directions for the improvement of citrus fruit wax quality in genetic breeding programs.
