陕西
柑橘是世界第一大水果，低温是制约柑橘产业发展的重要环境因素。因此，挖掘柑橘抗寒优异资源，培育抗寒新种质是柑橘产业可持续发展的迫切需求。宜昌橙（Citrus ichangensis）是重要的柑橘抗寒资源，但其抗寒机制尚不清楚，在宜昌橙低温应答过程中代谢变化及关键代谢物在很大程度上仍是未知。
近日，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刘继红教授课题组在Plant Physiology上发表了题为“Transcriptome and metabolome atlas reveals contributions of sphingosine and chlorogenic acid to cold tolerance in Citrus”的研究论文，揭示了鞘氨醇和绿原酸在柑橘抗寒中的重要功能。
课题组通过对不同柑橘资源抗寒性鉴定发现，宜昌橙抗寒性显著强于HB柚（Citrus grandis 'Hirado Buntan'）。对低温处理前后的宜昌橙和HB柚进行代谢组和转录组分析，发现了一些共有的和基因型特异的代谢物在低温下显著积累。糖类物质、类黄酮类物质和不饱和脂肪酸类物质在两者中均积累，但宜昌橙含量远高于HB柚；宜昌橙还存在特异性响应低温的代谢物，如脂质代谢、苯丙烷代谢和氨基酸代谢途径的相关物质，这意味着它们可能在宜昌橙抗寒中发挥独特作用。此外，核苷酸及其衍生物、吲哚类和鞘脂类物质等信号分子类代谢物在宜昌橙中特异高积累，推测宜昌橙可能具有更为广泛、紧密的信号网络调控代谢改变来响应低温胁迫。通过代谢组和转录组联合分析，发现脂质代谢和苯丙烷代谢途径基因表达量和代谢物含量与不同柑橘资源的抗寒性密切相关。深入分析发现，鞘氨醇和绿原酸两种代谢物在低温处理的宜昌橙中大量积累。通过VIGS技术沉默宜昌橙CiSPT（鞘氨醇合成基因）和CiHCT2（绿原酸合成基因）后，内源鞘氨醇和绿原酸含量显著下降，植株抗寒能力减弱，而外源添加鞘氨醇和绿原酸则可以恢复宜昌橙干涉植株的低温敏感表型。
综上所述，该研究首次阐明了鞘氨醇及绿原酸介导柑橘资源抗寒的重要功能，不仅为揭示柑橘抗寒资源低温应答的分子机制和代谢变化提供了新见解，也为柑橘抗寒调控和遗传改良提供了重要代谢物和基因资源。
图1、宜昌橙抗寒机制模式图。在低温胁迫下，宜昌橙和HB柚都会发生转录重编程和代谢改变，其中一些在两者之间保守，而另一些则在宜昌橙中被特异性诱导。因此，宜昌橙中部分代谢物（包括鞘氨醇和绿原酸）合成基因被更大程度地激活，代谢物合成增加，通过维持膜稳定性和促进ROS清除来协同提高耐寒性。
华中农业大学园艺林学学院在读博士研究生肖鹏为论文第一作者，刘继红教授为通讯作者。华中农业大学李春龙教授、扬州大学徐小勇副教授等也参与了该研究。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和江苏省重点研发计划项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae327
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