Deficiency of valencene in mandarin hybrids is associated with a deletion in the promoter region of the valencene synthase gene
- 作者
- Qibin Yu, Ming Huang, Hongge Jia, Yuan Yu, Anne Plotto, Elizabeth A. Baldwin, Jinhe Bai, Nian Wang, Frederick G. Gmitter Jr
- 单位
- University of Florida, Institute of Food and Agricultural Sciences, Citrus Research and Education Center, Lake Alfred, FL 33850, USA; USDA-ARS Horticultural Research Laboratory, Fort Pierce, FL 34945, USA
- 杂志
- BMC Plant Biology（2019）
- DOI
- 10.1186/s12870-019-1701-6
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析部分柑桔杂交种中香芹酮（valencene）缺乏的分子机制。
研究策略
通过比较香芹酮含量不同的柑桔品种（Fortune和Murcott）中Cstps1基因及其启动子区域，结合QTL定位、基因表达分析和瞬时表达实验，验证启动子缺失对基因表达的影响。
核心内容
本研究以柑桔杂交种中香芹酮缺乏现象为切入点，通过比较Fortune与Murcott两个品种的Cstps1基因及其启动子区域，解析了香芹酮生物合成调控的分子机制。在Fortune×Murcott F1群体中，香芹酮表型分离比为45:47，符合1:1单基因显性遗传模型；QTL分析检测到一个LOD值为17.2的显性位点，可解释59.8%的表型方差。序列比较发现，Murcott的Cstps1启动子区在编码区上游约-270 bp处存在12个核苷酸的缺失，该缺失与基因表达缺失和香芹酮缺乏完全共分离。瞬时表达实验证实，Fortune启动子能驱动显著的GUS活性，而Murcott启动子几乎无活性，重新插入12 bp序列后活性大部分恢复。上述结果表明，启动子区12核苷酸缺失是Cstps1转录失活的关键分子开关，直接导致柑桔杂交种香芹酮缺乏。该发现为柑桔倍半萜生物合成的转录调控机制提供了新的认识，也为利用分子标记辅助选育高香芹酮柑桔品种奠定了理论基础。
创新点
首次发现Cstps1启动子区12核苷酸缺失是导致部分柑桔杂交种香芹酮缺乏的关键分子开关；利用Xcc辅助农杆菌浸润技术实现了柑桔叶片的瞬时表达分析。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 柑橘（Citrus reticulata） | 倍半萜生物合成途径 | Cstps1 | 香芹酮合酶（valencene synthase） | 催化 | 催化法呢基焦磷酸（FPP）生成香芹酮；在Murcott中因启动子缺失导致表达严重降低。 |
| 柑橘（Citrus reticulata） | 倍半萜生物合成途径 | Cstps1启动子 | — | 调控 | Murcott启动子存在12核苷酸缺失，导致基因表达缺失/降低；瞬时表达验证其功能。 |
| 甜橙（Citrus sinensis）叶片细胞 | 倍半萜生物合成途径 | Cstps1启动子（Fortune/Murcott及回复体） | — | 调控 | 通过Xcc辅助农杆菌浸润进行启动子活性瞬时表达分析。 |
| 柑橘（Citrus reticulata） | 倍半萜生物合成途径 | CitAP2.10 | AP2/ERF转录因子 | 调控 | 讨论中提及可反式激活Cstps1启动子，但与QTL定位结果不一致。 |
关键发现
- ['Fortune×Murcott F1群体中香芹酮表型分离为45:47（未检出:检出），符合1:1比例（χ2=0.134）。', 'QTL分析检测到一个与香芹酮含量相关的显性位点，LOD值为17.2，解释表型方差达59.8%。', 'Fortune和Murcott的Cstps1 cDNA均包含1647 bp开放阅读框，编码548个氨基酸
- 其推导蛋白与柑橙香芹酮合酶的一致性分别为99.5%和96.7%。', 'Murcott的Cstps1启动子区较Fortune缺失12个核苷酸（位于编码区上游约-270 bp），该缺失与Cstps1表达缺失和香芹酮缺乏共分离。', '瞬时表达实验表明，Fortune启动子驱动的GUS活性显著，Murcott启动子几乎无活性，而重新插入12 bp后活性大部分恢复。']
研究结论
Murcott等柑桔中香芹酮缺乏很可能是由于Cstps1启动子区12核苷酸缺失造成，该缺失是Cstps1转录的关键开关；本研究加深了对柑桔香芹酮生物合成调控机制的理解。