蜜桃杏直播 ICP | 海南大学团队通过转录组和代谢组分析揭示海南油茶关键营养物质的形成机制

近日，海南大学热带油茶科技创新与产业化应用团队的胡海燕副教授在国际期刊《Industrial Crops and Products》上发表了题为“转录组和代谢组分析揭示海南油茶（Camellia hainanica）生长周期中关键营养物质形成机制”的研究论文。该研究首次系统性地揭示了海南油茶（Camellia hainanica）在整个生育过程中的基因表达模式及其营养代谢特征。不仅解读了“山柚油”优异品质的分子机理，也为我国热带油茶资源的高值开发及遗传改良提供了重要的数据支持。

油茶作为全球四大木本可食用油料作物之一，在食品、保健及医药领域具有广泛的应用前景。近年来，研究人员在海南地区发现了一种全新的油茶品种——海南油茶（Camellia hainanica）。这类独具热带特色的十倍体油茶不仅具有独特的遗传背景，其所产的山茶油因富含更多的不饱和脂肪酸和多种生物活性物质，被当地称为“山柚油”。与常见的六倍体普通油茶（Camellia oleifera）相比，海南油茶展现出更高的营养价值，但其形成机制与分子基础仍未得到系统阐释。由于栽培区域的限制及特殊的种质特征，“山柚油”具备低产量及高品质的特点，从而导致其市场价格居高不下。因此，解析高品质“山柚油”的物质基础及分子遗传机制，不仅能推动热带油茶新品种的选育，同时也为普通油茶的品质提升提供新的基因资源。

为全面揭示海南油茶在不同生长阶段的基因表达特征及代谢产物变化规律，研究团队采集了包括种子、叶片、花器官等13个代表性组织样本（图1），开展了系统的转录组测序与UPLC-MS/MS代谢组分析。结果鉴定出33,462个表达基因和577种代谢物，构建了海南油茶从萌发到成熟的全周期表达图谱。通过K-means聚类分析，这些表达基因被划分为10个基因簇，其中第2、4和6簇在种子早期、种子后期及叶片中表现出显著的高表达趋势，为后续进一步探索其功能奠定了基础。

 海南油茶全生育期组织表型

结合代谢组数据分析发现，海南油茶不同器官中积累了多样化且功能各异的代谢物。其中，种子富含脂类，叶片则主要积累氨基酸类，而近50%的黄酮类物质主要集中在种子中，剩余部分则分布于茎、叶及花器官。通过对高表达簇进行GO与KEGG通路富集分析，研究发现第2簇基因显著参与黄酮代谢，第4簇相关脂类生物合成，而第6簇则与多种氨基酸代谢通路有关。这一结果揭示了海南油茶不同器官在特定发育阶段的代谢方向分化，并为进一步解释“山柚油”营养成分的多样性提供了有力证据。

在深入探讨关键代谢物合成机制的过程中，研究团队重点分析了与脂类代谢相关的核心结构基因。结果显示，KAS II 和 SAD 等关键基因的上调，以及 FAD2 和 FAD3 等基因的下调，是促使“山柚油”中不饱和脂肪酸（特别是油酸，C18:1）比例提升的关键因素。同时，团队还预测了由FUS3-ABI4-ABI5-AP2及7个NF-Y家族转录因子组成的两个潜在转录调控模块，共同参与了海南油茶油脂代谢的调控过程，为进一步探究油脂合成调控网络提供了重要线索。

 海南油茶中的脂肪酸的生物合成途径及其代谢物相对丰度

除了油脂代谢相关的发现，本研究还揭示了多类生物活性物质在海南油茶体内的分布特征。儿茶素和表儿茶素在茎、叶、花器官及种子早期阶段中含量显著，且其相关合成基因呈高表达状态；茶氨酸则主要集中于叶片和种子，而其合成相关基因在根和叶中的表达较为活跃。