环植所在荔枝漆酶基因功能和组织褐变方面取得新进展
作者：李芳
来源：环境与植物保护研究所
日期：2023-07-18
近日，我所荔枝龙眼团队在荔枝漆酶基因功能和组织褐变方面取得新进展。应用农杆菌介导的荔枝转基因技术，在胚性愈伤组织中超表达和基因编辑了一个漆酶基因，证实了漆酶通过参与（-）-表儿茶素、（-）没食子儿茶素和原花青素B2等酚类物质发生的聚合反应，直接参与荔枝组织褐变。
荔枝采后果皮褐变是制约产业发展的主要瓶颈之一，影响了荔枝果实的长距离运输、贮藏和国际贸易。荔枝采后果皮褐变主要是由于酶促反应、花青素降解、能量失衡、水分缺失，以及病原菌侵染等原因造成的。酶促褐变的发生是在漆酶、多酚氧化酶、过氧化物酶等酶类物质的氧化作用下，多酚类化合物和花青素降解并发生氧化反应，形成褐色的醌类物质。漆酶能够参与花青素代谢途径且氧化多酚类物质，在多种植物中已经得到证实。前人已经从体外证实了荔枝漆酶影响黄酮类化合物的氧化聚合反应，可能是荔枝果皮采后褐变发生的主要酶，但是缺乏直接的证据。团队在荔枝采后褐变机制方面开展了多年的研究，提出了荔枝采后褐变发生的可能机制，并且发现一个漆酶基因LcLac的表达水平和酶活变化与采后果皮褐变指数密切相关。本研究通过克隆该基因，构建该基因的过表达载体和CRISPR/Cas9基因编辑载体，利用团队建立的荔枝胚性愈伤组织-农杆菌介导的遗传转化技术体系，获得了该漆酶基因的超表达材料和突变材料。研究发现LcLac基因在荔枝愈伤组织中的过表达可导致较高的基因表达水平和酶活性，降低多酚类物质含量，加快了愈伤组织的褐变速率。相反，LcLac基因突变可导致该基因表达和酶的活性降低，提高多酚物质含量，延缓了愈伤组织褐变。结果证实，LcLac可以参与多酚类物质的氧化聚合，并直接参与调节愈伤组织的褐变。
图1 LcLac基因的过表达和基因突变材料中多酚类物质的含量发生了变化
图2 LcLac基因的过表达和基因突变改变了愈伤组织的褐变速率
该研究成果以“A laccase gene (LcLac) was involved in polyphenol metabolism and tissue browning of litchi callus”为题发表于《Scientia Horticulturae》(IF=4.342)。中国热科院环植所李芳博士和海南大学毕业研究生李郑华为该论文的共同第一作者，环植所王树军助理研究员和王家保研究员为论文的通讯作者。该研究得到了海南省自然科学基金、国家重点研发计划及国家荔枝龙眼产业技术体系等项目的资助。
