近日，《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了华中农业大学园艺林学学院/果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室教授徐娟课题组的研究论文。该研究揭示了柑橘重要功能性成分聚甲氧基黄酮（PMFs）的种质特异积累现象，鉴定了PMFs生物合成的关键串联重复OMT基因簇，同时解析了该OMT簇在柑橘亚科中的起源和演化历程，为柑橘果实功能性品质遗传改良提供了理论依据和重要基因资源。

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富含聚甲氧基黄酮的宽皮橘类及聚甲氧基黄酮结构式。华中农大供图

PMFs是一类主要存在于柑橘属植物中的特殊次生代谢物，被誉为“天然抗癌药剂”。该研究团队收集了147份柑橘亚科种质资源，并建立柑橘PMFs代谢物数据库，发现PMFs在野生宽皮橘及早期混杂橘中高积累，在现代栽培橘及其相关杂交种中低积累，而在柑橘近缘种、早期分化柑橘等种质中不积累，由此推测PMFs代谢通路最早可能是在野生宽皮橘中出现。

该研究定位到柑橘基因组上一个重叠候选区间存在三个候选OMT基因，其组成的基因簇与PMFs的生物合成紧密相关。通过生物化学和基因功能分析，鉴定该基因簇编码的3种OMT酶在体外和体内实验中都表现出多位点O-甲基化修饰功能，参与7种柑橘关键PMFs的生物合成。

进一步分析发现，该OMT簇源于OMT6基因的扩张，不同类型柑橘中均存在OMT6基因同源基因，仅橘及其后代甜橙中出现OMT簇且积累PMFs。相较于柑橘近缘种和早期分化柑橘中的OMT6，宽皮柑橘中多位点的突变促使其获得C3位的O-甲基化修饰功能，揭示了其新功能化的过程，进而在宽皮橘起源的类群中进化出多功能的OMTs，由此在宽皮橘中进化出PMFs代谢通路。研究为PMFs生物合成途径的从头合成提供重要依据，同时为功能型柑橘育种提供理论基础。

徐娟、华中农业大学柑橘团队副教授陈嘉景和教授徐强为论文通讯作者，已出站博士后彭昭欣（现就职于湖北省农业科学院经济作物研究所）、华中农业大学博士生宋立志为该论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、湖北洪山实验室基金、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金重点项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2321615121