近日，华南农业大学药用植物研究中心吴鸿教授团队在International Journal of Biological Macromolecules（中科院一区Top期刊，影响因子7.7）在线发表了题为“CgLS mediates limonene synthesis of main essential oil component in secretory cavity cells of Citrus grandis ‘Tomentosa’ fruits（CgLS调控化橘红果实分泌囊细胞主要精油成分柠檬烯的合成）”的研究论文。该研究首次系统解析了柠檬烯合酶（CgLS）在化橘红果实发育过程中对柠檬烯合成的关键作用，并通过基因表达调控、组织学和细胞学定位、瞬时过表达和RNAi等多种手段证实了基因功能，并深入揭示了柠檬烯在细胞器内的合成与运输途径，为药用植物精油的生物合成机制提供新见解，为天然药物和生物技术应用提供新思路。2023级博士生容宁为该论文第一作者，吴鸿教授和白玫教授为该论文的共同通讯作者。
柑橘皮精油（CPEO）是一种由多种芳香化合物组成的复杂混合物，因其健康益处而备受赞誉。CPEO的组成极为复杂，主要由萜类化合物、酸类、醛类和酯类组成，其中单萜柠檬烯是最丰富的成分，占CPEO的55.4%-91.7% 。柠檬烯具有多种药理学活性，包括抗氧化、抗炎、抗菌、抗癌和神经保护作用。化橘红 (ECG)是一种传统中药，来自化州柚（Citrus grandis ' Tomentosa '）果实未成熟或接近成熟的干燥外果皮，作为治疗剂已有1500多年的历史，含有丰富的生物活性化合物，包括类黄酮、多糖和精油。在这些成分中，柠檬烯因其药理活性被广泛研究，但关于柠檬烯合酶（LS）相关调控基因的时空细胞学变化的数据仍然很少，限制了LS的功能分析。
团队基于转录组学数据分析，同时结合体外和体内功能验证确定CgLS显著促进化橘红果实分泌囊细胞内D -柠檬烯的合成。细胞学、免疫组织化学和免疫细胞化学定位研究表明，CgLS主要在分泌腔细胞的内质网合成，随后转运到质体中积累，在质体中合成了柠檬烯并转运至液泡储存。研究结果为理解柑橘类植物精油的生物合成提供了重要的细胞学和分子依据。通过对不同发育阶段果实的分析，揭示了CgLS基因的表达水平与化橘红果实发育阶段密切相关，为精油产量调控提供了潜在的靶标。
本研究不仅为柑橘类植物中精油合成的分子机制提供了新的认识，也为天然药物开发和生物技术领域的应用开辟了新的方向。
该研究得到了“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目(2022SDZG07)，国家自然科学基金面上项目（32270381），广东省自然科学基金（2022A1515011086）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135671.
文图/生命科学学院
