研究揭示续随子天然橡胶合成机制
文章导读
你可能从未想过，路边不起眼的续随子，竟藏着破解天然橡胶合成密码的关键线索。大多数人以为只有橡胶树才能产出高分子量橡胶，但最新单细胞研究发现，这种植物虽能合成橡胶，产量却极低——它的乳汁里确实存在微小橡胶粒子，可分子量远不达标。我们对比了其基因图谱才发现，它缺少一个关键的延长因子，还自带一个“刹车”转录因子，会主动抑制橡胶与三萜的合成。如果科学家能关闭这个“刹车”，是否就能唤醒它沉睡的产能？这个发现，或许正是下一代人工合成橡胶的突破口。
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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，其乳汁中富含三萜。该植物是否能够合成天然橡胶，目前尚未明确。
中国科学院西双版纳热带植物园及其合作者，构建了续随子幼嫩叶和成熟叶的单细胞核转录组图谱，鉴定出乳管细胞类型。研究发现，MVA途径相关基因在续随子乳管中显著富集，与三萜合成酶LAS、BUT、CAS及橡胶合成相关基因CPT、CBP、SRPP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，并能产生微量、低分子量天然橡胶，证实续随子具有天然橡胶合成能力。基因组比较分析表明，续随子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，可能限制橡胶积累与分子量形成。共表达网络分析与基因功能研究显示，乳管特异性DOF转录因子ElCOG1负调控橡胶合成酶ElCPT1和三萜合成酶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、产胶代谢调控及不同产胶类型比较分析的良好材料体系，为揭示橡胶树高产高分子量橡胶形成机制及挖掘候选调控因子奠定基础。
相关研究成果以Single-nucleus transcriptomics reveals laticifer-specific transcriptional programs and triterpenoid-rubber metabolic coordination in Euphorbia lathyris L为题，发表在Industrial Crops and Products上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
续随子叶片单细胞图谱及橡胶与三萜协同调控关键调控因子功能验证
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