近日，浙江大学孙崇德教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“A multifunctional true caffeoyl coenzyme A O-methyltransferase enzyme participates in the biosynthesis of polymethoxylated flavones in citrus”的研究论文，揭示了柑橘true CCoAOMT成员CsCCoAOMT1参与柑橘PMFs生物合成的分子机制。
柑橘是世界第一大宗水果，其果实富含多种健康有益的活性物质，其中类黄酮是影响柑橘果实营养品质的重要功能因子。多甲氧基黄酮（PMFs, polymethoxylated flavones）是柑橘中独具特色的类黄酮，只在少数柑橘属植物中合成。大量研究表明，PMFs具有广泛的生物活性，在抗氧化、抗癌、抗肥胖和抗炎等方面活性十分显著。因此，柑橘PMFs生物合成途径解析也成为了当前研究的热点。PMFs是一类高度甲基化的类黄酮，其骨架分子上的3', 4', 5, 6, 7和8位点均为高频甲基化位点。氧甲基转移酶（OMT, O-methyltransferase）是催化PMFs分子上-OCH3基团形成的关键酶。前期研究中，孙崇德教授团队从柑橘中鉴定到两个与PMFs合成相关的OMT成员（CrOMT1和CrOMT2），二者分别催化黄酮底物的6/8位和3'位-OH发生甲基化来促进柑橘PMFs的积累。然而，由于PMFs甲基化位点较多，目前所报道的OMT仍不足以阐明柑橘PMFs的完整甲基化途径。
该研究以富含PMFs的代表性柑橘品种‘冰糖橙’（Citrus Sinensis）为材料，通过分析不同发育阶段果实PMFs的积累模式，明确了PMFs合成的关键时期，进一步结合转录组分析，从柑橘中鉴定到一个参与PMFs生物合成的OMT成员，并将其命名为CsCCoAOMT1。根据进化树分析，CsCCoAOMT1属于true CCoAOMT亚组成员，人们普遍认为该亚组成员特异性催化木质素前体物质从而参与木质素代谢通路。然而，该研究结果表明CsCCoAOMT1并非专一性催化木质素前体（咖啡酰辅酶A），而是能够催化一系列具有邻羟基的酚类底物，包括咖啡酰辅酶A、香豆素以及不同类别的类黄酮。进一步酶动力学分析表明CsCCoAOMT1偏好于催化类黄酮（PMFs潜在底物）的6,7,8和3'位，且体内同源过表达和沉默试验也表明CsCCoAOMT1可以促进柑橘中不同PMF单体的积累（图1）。
图1 CsCCoAOMT1参与柑橘PMFs生物合成
该研究结果进一步完善了柑橘PMFs的生物合成机制，改变了人们对true CCoAOMT亚组成员特异性参与木质素通路的局限性认知，揭示了true CCoAOMT亚组成员在植物中的新功能。
孙崇德教授为该论文通讯作者，浙江大学在读博士生廖震坤和博士后刘晓娟为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（32072132）和中国博士后科学基金项目（2021M692845、2021M700124）的支持。近年来，孙崇德教授团队围绕柑橘类黄酮合成通路及其调控开展了研究工作，鉴别了柑橘类黄酮合成途径中关键结构基因（CHS、CHI、FH 和 OMT等），并利用体内外验证体系明确了其酶活性特性和作用机制。其相关成果发表在Plant Biotechnology Journal、Journal of Experimental Botany、Horticulture Research等期刊。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad249
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