生物育种 | 解锁酸甜美味的健康密码

生物育种技术作为现代农业进步的基石，在提升作物产量、增强抗病性及优化营养价值等方面起着不可或缺的作用。然而，这一过程却面临着多重挑战，如传统育种方法效率低下、周期长，以及遗传背景复杂、基因定位困难等问题。

在全 球粮食安全需求日益迫切和科学技术飞速发展的时代趋势下，中国生物育种技术正在进行一场深刻的转型与革新，从早期依赖驯化和杂交的传统育种方式逐步过渡到现代分子育种与智能设计育种阶段。这一跨越的核心在于揭示并掌握植物生长发育过程中蕴含的遗传法则，以实现针对特定性状的精 准定向育种。

为此，海南大学三亚南繁研究院/热带农林学院王守创课题组开展了深入研究，并近期在国际学术期刊 Horticultural Research上发表了题为“A metabolomics study in citrus provides insight into bioactive phenylpropanoid metabolism”的研究论文。该研究通过应用基因编辑和分子标记辅助育种技术，加速了优良基因的筛选，并通过代谢组学和基因组学手段解析了柑橘次生代谢物合成途径，为品质改良提供了基础。同时，利用大数据和人工智能优化育种策略，提高了育种效率和精 准度。

专家解读核心信息

王守创 

教授

海南省领军人才（C 类人才），入选中国科协青年人才托举工程第五届项目，海南省“515 人才工程”。热带生物学报和 Frontiers in Plant Science 编委。中国农业大学农学院兼职博士生导师，中国热带农业科学院特聘研究员。主要从事植物代谢组学技术开发与创新应用研究，以水稻、番茄和药 用植物为研究对象，以代谢组学为切入点，综合运用生物信息学、基因组学、生物化学、分子生物学、细胞生物学等多种手段，致力于代谢组学检测新技术与代谢数据人工智能分析方法的开发，以及植物重要天然产物生物功能的解析。实验室前期工作发表在 Cell、Molecular Plant、Genome Biology、Plant Biotechnology Journal、Current Opinion in Plant Biology、Trends in Genetics、SCIENCE CHINA Life Sciences、New Phytologist 等国际主流期刊上，部分研究成果入选 “十三五”期间农业科技标志性成果和“2019 中国农业科学重大进展”。

柑橘作为全 球农业经济体系中的核心水果品类，其产业地位无可替代。然而，柑橘类的育种工作却面临着多重艰巨挑战：传统育种方法的低效与周期过长、抗逆性与产量品质难以同步提升，以及由于遗传背景复杂所带来的基因定位困局，这些都极大地阻碍了高品质柑橘品种的培育和推广，进而限制了整个柑橘产业链的持续发展和优化升级。对此，王守创教授领导的科研团队不畏艰难，深入探究柑橘次生代谢物合成路径，以期通过代谢组学和基因组学的双重手段破解品质改良难题。他们展开了一系列精密且全面的研究。

1、代谢组学与 mGWAS 分析

探秘柑橘代谢谱差异

研究团队针对各类柑橘物种展开了全面而详尽的代谢组学分析，对比了不同柑橘品种间的代谢特征，特别关注了它们在酚类丙烷衍生物代谢途径上的变化。研究采用 FaST-LMM 和 EMMAX 方法，通过对 154 个柚子品种进行基于代谢物的全基因组关联分析 (mGWAS)，系统解析了代谢组变异背后的遗传和生化机制。

图 1. 基于 FaST-LMM和EMMAX 的 mGWAS 分析

2、候选基因位点与调控网络构建

挖掘关键基因与调控机制

研究人员进一步构建了柚子的代谢物-单核苷酸多态性-基因交互网络，成功鉴定出多个控制生物活性化合物合成与调节的关键候选基因位点，其中包括参与黄酮糖苷马龙基化的 BAHD 马龙酰基转移酶家族成员。此外，发现了一个名 为CgMYB1 的 R2R3-MYB 转录因子，其对柑橘尤其是柚子中酚类丙烷代谢分子具有显著正向调控作用，尤其影响黄酮类化合物衍生物质的合成。

图 2. 代谢物-单核苷酸多态性-基因交互网络示意图

3、柑橘品质改良的靶向策略

瞄准柑橘品质提升

该研究深入剖析了柑橘中丰富的次生代谢产物，如类黄酮、黄酮醇、类胡萝卜素等对人体健康极其有利的物质合成路径。通过对 CgMYB1 等转录因子的研究，确认了它们对柑橘中酚类化合物生物合成的重要调控作用。该研究不仅丰富了我们对柑橘特别是柚子中复杂黄酮糖苷衍生物生物合成路径的认识，还提供了改善柚子营养价值的潜在目标，并为未来柑橘育种工作提供了一套高效解剖代谢途径的方法。

图 3. CgMaTs 转录因子的识别与功能分析示意图

4、LC-QTOF 高分辨液质技术

助力代谢网络解析与活性成分解析

在研究过程中，为了实现柑橘类样本中代谢物的精 准鉴定与量化分析，科研团队采用了 Agilent 液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QTOF）技术，对样品进行高分辨率数据采集。得益于此，研究得以高效对比和确认柑橘果实中的各种代谢物信息，从而更深入地揭示柑橘水果内部丰富的生物活性成分，并成功构建了详细的代谢网络。

图 4. 基于液相联用高分辨质谱的代谢网络构建

结 语

综上所述，王守创教授（第 一作者）及其团队的研究不仅拓展了我们对柑橘中复杂酚类化合物代谢途径的认知边界，也为提升柑橘品质、培育更加健康美味的柑橘新品种提供了扎实的理论指导和技术支持。这一研究的成功实施充分体现了生物育种在解析植物遗传密码、优化农产品品质等方面的巨大潜能和深远意义，为今后的生物育种科技创新的持续进步与发展奠定了坚实的基础。

参考文献：

1.Shouchuang Wang, Shuangqian Shen, Chao Wang, Xia Wang, Chenkun Yang, Shen Zhou, Ran Zhang, Qianqian Zhou, Huiwen Yu, Hao Guo, Weikang Zheng, Xianqing Liu, Juan Xu, Xiuxin Deng, Qiang Xu, Jie Luo, A metabolomics study in citrus provides insight into bioactive phenylpropanoid metabolism, Horticulture Research, Volume 11, Issue 1, January 2024, uhad267.