藥食同源的陳皮有陳皮和廣陳皮之分
廣陳皮又以新會(huì)陳皮最為聞名及道地
新會(huì)陳皮產(chǎn)于廣東省江門市新會(huì)區(qū)，
是中國(guó)藥典指定的廣陳皮道地藥材。
廣陳皮道地性究竟是如何產(chǎn)生的?
讓我們一探究竟!
2023年3月28日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與華大生命科學(xué)研究院合作在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Microbiome發(fā)表了題為“Soil conditions and the plant microbiome boost the accumulation of monoterpenes in the fruit of Citrus reticulata ‘Chachi”的研究論文，該研究揭示了廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境以及微生物組成促進(jìn)廣陳皮活性成分單萜合成和積累的生物學(xué)機(jī)制。
研究結(jié)果速遞
1、7種單萜(β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-萜品烯等)成分含量在道地產(chǎn)區(qū)顯著高于非道地產(chǎn)區(qū)。這些單萜成分具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗腫瘤的功效，是廣陳皮中的重要的活性成分。
2、萜類合成相關(guān)的基因、鹽脅迫相關(guān)基因以及免疫反應(yīng)相關(guān)的基因在道地產(chǎn)區(qū)高表達(dá)，且這些高表達(dá)的基因與7種單帖成分的含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān);說(shuō)明這些基因的表達(dá)可能影響道地產(chǎn)區(qū)單萜成分的積累。
3、道地產(chǎn)區(qū)根樣本中生物和非生物脅迫反應(yīng)相關(guān)的基因數(shù)量比非道地產(chǎn)區(qū)的更多，說(shuō)明道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)土壤中的生物(如微生物組成)和非生物環(huán)境(土壤養(yǎng)分)條件可能不同。
4、道地產(chǎn)區(qū)土壤中具有較高的營(yíng)養(yǎng)元素和鹽度。道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境(如高鹽、Mg、Mn和K)通過(guò)促進(jìn)植物鹽脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)和萜烯骨架合成酶活性，促進(jìn)了單萜類合成與積累。
5、在道地產(chǎn)區(qū)富集的根際土壤中，有大量微生物基因組中存在大量耐鹽相關(guān)的基因和萜類合成相關(guān)的基因，說(shuō)明這些微生物具備耐鹽的特性，且具備合成萜類化合物的潛能。
其中，來(lái)自根際土壤中的鏈霉菌Strep-4能夠通過(guò)誘導(dǎo)植物的系統(tǒng)性抗性來(lái)促進(jìn)茶枝柑活性成分單萜的合成和積累。同時(shí)加入一株根內(nèi)共生的沙雷氏菌Serra-11可以進(jìn)一步增強(qiáng)鏈霉菌Strep-4的效果。
沙雷氏菌Serra-11具備合成單萜的潛能，可以直接進(jìn)入根內(nèi)合成單帖的前體物質(zhì)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)單萜的積累。
這些研究表明
根際土壤和內(nèi)共生細(xì)菌通過(guò)觸發(fā)植物免疫反應(yīng)或?yàn)橹参锾峁﹩屋坪铣芍虚g產(chǎn)物共同促進(jìn)了茶枝柑果實(shí)中單萜類化合物的積累。
6、廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)「新會(huì)」，位于海水與江水的交匯處——西江支流、潭江、銀洲湖出?？谌粎R處，形成獨(dú)有的“三水融通”“咸淡相交”水土特色，其豐富營(yíng)養(yǎng)元素和海水鹽類成就了新會(huì)土壤高營(yíng)養(yǎng)和高鹽度的特殊環(huán)境，同時(shí)引入了大量耐鹽脅迫的微生物類群，這些環(huán)境因子進(jìn)而造就了新會(huì)陳皮特殊的品質(zhì)。
研究詳情
研究采集來(lái)自道地產(chǎn)區(qū)(廣東新會(huì))和非道地產(chǎn)區(qū)(廣東惠州、臺(tái)山和廣西玉林)等7個(gè)果園中的土壤、根系微生物以及根、葉、果樣本，采用多組學(xué)方法系統(tǒng)性地挖掘“土壤養(yǎng)分-根系微生物-廣陳皮品質(zhì)成分”的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制，從植物基因表達(dá)、土壤養(yǎng)分和根系微生物組三個(gè)維度對(duì)廣陳皮品質(zhì)形成的機(jī)理進(jìn)行研究。
01
道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)茶枝柑果實(shí)中的揮發(fā)油成分差異
通代謝組檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在茶枝柑果皮中存在18種不同類型的揮發(fā)油成分。其中7種單萜(包含β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-萜品烯等)成分的含量在道地產(chǎn)區(qū)顯著高于非道地產(chǎn)區(qū)。果皮中的這些單萜成分具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗腫瘤的功效，是廣陳皮中的重要的活性成分，可以作為廣陳皮原材料質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)。
道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)茶枝柑果皮中揮發(fā)油成分的區(qū)別
02
相同品種不同種植區(qū)域，茶枝柑基因表達(dá)有哪些不同?
通過(guò)檢測(cè)根、葉、果實(shí)中的基因轉(zhuǎn)錄差異發(fā)現(xiàn)，
萜類合成相關(guān)的基因、鹽脅迫相關(guān)基因以及免疫反應(yīng)相關(guān)的基因在道地產(chǎn)區(qū)高表達(dá)，且這些高表達(dá)的基因與7種單帖成分的含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。說(shuō)明這些基因的表達(dá)可能影響道地產(chǎn)區(qū)單萜成分的積累。
另外，道地產(chǎn)區(qū)根樣本中生物和非生物脅迫反應(yīng)相關(guān)的基因數(shù)量比非道地產(chǎn)區(qū)的更多，說(shuō)明道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)土壤中的生物(如微生物組成)和非生物環(huán)境(土壤養(yǎng)分)條件可能不同。
道地產(chǎn)區(qū)根系高表達(dá)基因與7種單萜成分呈現(xiàn)顯著正相關(guān)
03
土壤養(yǎng)分如何影響茶枝柑品質(zhì)成分的合成和積累?
土壤養(yǎng)分與中藥植物次生代謝物產(chǎn)物的形成和積累相關(guān)，另外逆境脅迫也會(huì)提高植物次生代謝產(chǎn)物的合成。研究者通過(guò)檢測(cè)道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)的土壤理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)土壤中具有較高的營(yíng)養(yǎng)元素和鹽度。通過(guò)將道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤養(yǎng)分與根系高表達(dá)的基因的進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境(如高鹽、Mg、Mn和K)通過(guò)促進(jìn)植物鹽脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)和萜烯骨架合成酶活性，促進(jìn)了單萜類合成與積累。
04
根系微生物組成調(diào)節(jié)茶枝柑品質(zhì)成分合成和積累的生物學(xué)機(jī)制?
根系微生物組成可以調(diào)節(jié)植物營(yíng)養(yǎng)吸收，幫助植物抵御逆境脅迫，影響藥用植物功效成分的合成。研究者通過(guò)擴(kuò)增子和宏基因組測(cè)序分別檢測(cè)根際和根內(nèi)微生物的物種組成和功能組成發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)的根際土壤和根內(nèi)微生物組成存在顯著差異。
在道地產(chǎn)區(qū)富集的根際土壤中有大量微生物基因組中存在大量耐鹽相關(guān)的基因和萜類合成相關(guān)的基因，說(shuō)明這些微生物具備耐鹽的特性，且具備合成萜類化合物的潛能。通過(guò)將微生物組成與單萜成分進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，鑒定出了與單萜含量顯著相關(guān)的根際和根內(nèi)微生物類群。
合成菌群接種試驗(yàn)證實(shí)道地產(chǎn)區(qū)特有耐鹽微生物促進(jìn)了茶枝柑單萜合成
通過(guò)分離根際和根內(nèi)微生物菌株，合成菌群實(shí)驗(yàn)證實(shí)來(lái)自根際土壤中的鏈霉菌Strep-4能夠通過(guò)誘導(dǎo)植物的系統(tǒng)性抗性來(lái)促進(jìn)茶枝柑活性成分單萜的合成和積累。同時(shí)，加入一株根內(nèi)共生的沙雷氏菌Serra-11可以進(jìn)一步增強(qiáng)鏈霉菌Strep-4的效果?；蚪M測(cè)序發(fā)現(xiàn)沙雷氏菌Serra-11具備合成單萜的潛能，可以直接進(jìn)入根內(nèi)合成單帖的前體物質(zhì)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)單萜的積累。這些研究表明根際土壤和內(nèi)共生細(xì)菌通過(guò)觸發(fā)植物免疫反應(yīng)或?yàn)橹参锾峁﹩屋坪铣芍虚g產(chǎn)物共同促進(jìn)了茶枝柑果實(shí)中單萜類化合物的積累。
05
特殊的土壤環(huán)境和微生物類群源自哪里?
廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)新會(huì)，位于海水與江水的交匯之處(西江支流、潭江、銀洲湖出?？谌粎R之處)。每年汛期西江會(huì)將云貴高原的土壤元素帶到銀洲湖，與潭江水交匯，在南海海潮倒灌時(shí)形成獨(dú)有的“三水融通”“咸淡相交”水土特色，其豐富營(yíng)養(yǎng)元素和海水鹽類成就了新會(huì)土壤高營(yíng)養(yǎng)和高鹽度的特殊環(huán)境，同時(shí)引入了大量耐鹽脅迫的微生物類群，這些環(huán)境因子進(jìn)而造就了新會(huì)陳皮特殊的品質(zhì)。
通過(guò)宏基因組學(xué)研究根系微生物組的結(jié)構(gòu)和功能，與植物的表型進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，可以科學(xué)地發(fā)現(xiàn)與植物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量，品質(zhì)以及抗病有關(guān)的微生物類群，同時(shí)發(fā)現(xiàn)大量具有潛在應(yīng)用價(jià)值微生物的物種類群和基因資源。研究者從“土壤養(yǎng)分-根系微生物-植物基因調(diào)控模式”三個(gè)維度系統(tǒng)性研究廣陳皮功效成分(萜烯類)高效合成的關(guān)聯(lián)調(diào)控機(jī)制。
內(nèi)容整理自： BioArt植物
