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续随子单细胞核转录组研究为产胶相关机制解析提供新线索

发布时间:2026-04-02
作者:刘芳、孙桂玲

天然橡胶是重要的工业原料和战略资源,广泛应用于国防军工、交通运输、医疗卫生及高端制造等领域。高产、高分子量天然橡胶的形成机制一直是产胶植物研究与种质改良关注的重要科学问题。阐明这一机制,不仅依赖对橡胶树等高产胶物种的深入解析,也有赖于对不同产胶能力材料的系统发掘与比较研究。续随子(Euphorbia lathyris L.)属于大戟科产乳汁植物,乳管系统发达,其内富含三萜,但是否产生天然橡胶还不清楚。

中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)植物基因组演化与基因功能研究组联合相关合作单位,构建了续随子幼嫩叶和成熟叶的单细胞核转录组图谱,并鉴定出乳管细胞类型。研究表明,MVA途径相关基因在续随子乳管中显著富集,并与三萜合成酶LASBUTCAS及橡胶合成相关基因CPTCBPSRPP呈现共表达特征。结合超微结构观察和化学分析,发现续随子乳白色汁液中含有小橡胶粒子,并能产生微低分子量的天然橡胶,表明续随子具有天然橡胶合成能力。基因组比较分析显示,续随子中橡胶合成相关基因家族成员相对较少,且缺乏Hevea-like REF 延长因子,这一特征可能限制其天然橡胶的积累与分子量形成。共表达网络分析与基因功能研究揭示乳管特异性DOF转录因子ElCOG1负调控橡胶合成酶ElCPT1三萜合成酶ElBUT1,提示其可能参与乳管中橡胶与萜类代谢调控

该研究在单细胞水平解析了续随子乳管发育及天然橡胶合成代谢调控特征,表明续随子是研究乳管发育、产胶相关代谢调控及不同产胶类型比较分析的良好材料体系,并为后续解析橡胶树高产、高分子量的天然橡胶形成及挖掘候选调控因子奠定了基础

相关成果以“Single-nucleus transcriptomics reveals laticifer-specific transcriptional programs and triterpenoid-rubber metabolic coordination inEuphorbia lathyris L.”为题,于20264月发表于Industrial Crops & Products。版纳植物园刘芳、版纳植物园与西南林业大学联合培养研究生章雪和徐艳红为论文第一作者,孙桂玲研究员和潘金晶副研究员为共同通讯作者。该研究得到先导B类项目、云南省重大科技专项、国家自然科学基金等项目资助。

1 续随子叶片单细胞图谱橡胶与三萜协同调控关键调控因子功能验证A 续随子叶片单细胞核转录组聚类与细胞类型鉴定;B 乳管细胞簇的伪时间发育轨迹;C 乳管中萜类和橡胶生物合成途径示意图,红色高亮基因表示通过单细胞核转录组分析鉴定到的乳管差异表达基因(DEG);D EICOG1为中心的共表达子网络及其预测靶基因;E EICOG1及其预测下游基因的伪时间表达动态。F EICOG1对橡胶和三萜合成关键基因启动子的转录抑制作用验证。




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